Agitator cu sită cu ultrasunete pentru o cernere îmbunătățită – Un studiu de caz

Cernerea mecanică tradițională a pulberilor fine este adesea îngreunată de formarea rapidă a aglomeratelor – adesea cauzată de lipiciozitatea amidonului – care blochează rapid ochiurile sitei și reduc drastic eficiența separării. Agitatorul cu ultrasunete rezolvă această problemă critică prin utilizarea vibrațiilor mecanice de înaltă frecvență pentru a curăța în mod continuu suprafața sitei.
Rezultatele studiului prezentat aici evidențiază o îmbunătățire spectaculoasă a eficienței de separare în comparație cu metodele convenționale; în timp ce cernerea tradițională a permis obținerea a mai puțin de 55% din material în intervalul optim de 200–450 μm, sistemul cu ultrasunete a îmbunătățit semnificativ recuperarea fracției dorite. În mod deosebit, un ciclu de cernere de 10 minute la o amplitudine ultrasonică de 75% a izolat cu succes 83,79% din făina de porumb în intervalul de dimensiuni țintă, demonstrând că deblindingul ultrasonic este o metodă de procesare extrem de eficientă și justificată pentru asigurarea unei distribuții precise a dimensiunilor particulelor.

Cine beneficiază de utilizarea unui agitator cu sită cu ultrasunete

• Controlul calității & Cercetare de laborator: Cercetătorii și tehnicienii care efectuează analize ale dimensiunii particulelor obțin rezultate precise și reproductibile, fără a fi afectați de blocarea ochiurilor sitei.
• industria alimentară & Procesoare: Industriile care utilizează materii prime pe bază de amidon, precum făina de porumb, de grâu și de secară, beneficiază de o granulație uniformă a particulelor, aspect esențial pentru optimizarea unor produse precum extrudatele expandate direct.
• Operațiuni de producție: Instalațiile care utilizează extrudarea sau procese similare îmbunătățesc calitatea produselor finale, întrucât dimensiunile uniforme ale particulelor asigură un transfer termic mai bun și proprietățile texturale dorite în timpul procesării.

Studiu de caz: Agitator cu sită cu ultrasunete pentru curățarea sitelor în timpul cernerea făinii de porumb

Studiul de caz realizat de Brnčić și colaboratorii săi (2009) evaluează utilizarea agitatorului cu sită ultrasonică Hielscher pentru îmbunătățirea procesului de cernere a făinii de porumb în vederea producției de alimente extrudate prin expansiune directă, inclusiv gustări îmbogățite cu proteine din zer sau soia. Dimensiunea particulelor este esențială în procesul de extrudare, deoarece influențează amestecarea ingredientelor, transferul de căldură, expansiunea și textura produsului final. Prin urmare, cercetătorii și-au propus să izoleze particulele de făină de porumb cu dimensiuni cuprinse între 200 și 450 μm – intervalul recomandat pentru această aplicație.

Cernerea convențională a fost testată timp de 5, 10 și 15 minute. Deoarece făina de porumb conține amidon lipicios, particulele s-au ciocnit și au format aglomerate care au blocat sita, în special ochiurile de 450 μm. Blocarea a început încă din primul sau al doilea minut și s-a agravat pe măsură ce procesarea a continuat. În consecință, proporția de făină în intervalul dorit a scăzut de la 55,58 % după 5 minute la 54,11 % după 10 minute și la doar 49,37 % după 15 minute.

Experimentele au fost repetate folosind un sistem cu ultrasunete cu o putere nominală de până la 250 W și care funcționează la 24 kHz. Trei amplitudini ale ultrasunetelor – 25 %, 50 % și 75 % – au fost evaluate la fiecare durată de cernere. Vibrațiile mecanice de înaltă frecvență au trecut prin sită, au destrămat aglomeratele și au menținut deschiderile ochiurilor de sită libere.

Sitele cu vibrație ultrasonică au adus o îmbunătățire substanțială:

• După 5 minute, fracția utilizabilă a crescut odată cu amplitudinea, ajungând la 79,57% la o amplitudine de 75%.
• După 10 minute la o amplitudine de 75%, 83,79% din făină s-a încadrat în intervalul țintă, comparativ cu 54,11% în cazul cernerea convențională – o creștere de aproape 30 de puncte procentuale.
• După 15 minute la o amplitudine de 75%, fracția țintă a rămas la un nivel la fel de ridicat, de 83,4%, comparativ cu doar 49,37% în absența ultrasunetelor.

Cele două rezultate cele mai bune au depășit pragul de referință de 75% stabilit în cadrul studiului pentru o prelucrare viabilă din punct de vedere economic.

Rezultatele cernerea făinii de porumb cu ajutorul cernătorului cu ultrasunete, după 10 minute
Studiu și grafic: ©Brnčić et al., 2009.

Principalul avantaj al cernerea cu ultrasunete constă, așadar, în capacitatea sa de a preveni înfundarea sitelor, asigurând în același timp un randament mai mare și mai constant de material cu granulația corespunzătoare. De asemenea, aceasta permite menținerea capacității de cernere, reduce dependența de metodele de curățare manuale sau mecanice și limitează riscurile asociate deteriorării ochiurilor de sită și contaminării produsului.

În ansamblu, studiul identifică o durată de 10 minute de cernere la o amplitudine ultrasonică de 75% drept cea mai eficientă condiție testată. Fracția de făină obținută permite o amestecare mai uniformă cu concentratele proteice și ar trebui să asigure o extrudare, o expansiune și o textură a produsului mai omogene. Metoda poate fi adecvată și pentru separarea în funcție de dimensiunea particulelor a altor materiale sub formă de pulbere.

De ce ar trebui să folosesc un agitator cu sită cu ultrasunete?

• Eliminarea blocării sitelor: Cernerea convențională a pulberilor fine și lipicioase (cum ar fi făina de porumb) duce adesea la blocarea rapidă a ochiurilor de sită din cauza aglomerării particulelor provocate de lipiciozitatea amidonului. Vibrațiile ultrasonice descompun continuu aceste aglomerate, menținând deschiderile ochiurilor de sită libere pe tot parcursul procesului.
• Creștere semnificativă a randamentului și a preciziei: Prin prevenirea blocajelor, cernerea cu ultrasunete poate îmbunătăți semnificativ recuperarea fracției de particule dorite. De exemplu, în studiul de caz, fracția țintă (200–450 μm) a crescut de la sub 55 % în cazul cernerii tradiționale la peste 83 % prin utilizarea ultrasunetelor.
• Optimizarea proceselor de prelucrare ulterioară: Distribuția precisă a dimensiunilor particulelor este esențială pentru analize, controlul calității și aplicațiile industriale.
• Performanță superioară cu particule fine: Metodele tradiționale eșuează adesea în cazul sitelor cu ochiuri fine (de exemplu, de 450 μm sau mai mici) din cauza înfundării rapide. Curățarea cu ultrasunete asigură menținerea eficienței chiar și a celor mai fine site, permițând separarea cu precizie ridicată a pulberilor fine și a suspensiilor.
• Durabilitate îmbunătățită a plasei, curățare redusă: Discurile mecanice de curățare a sitelor sau intervenția manuală pot fi ineficiente și pot provoca deteriorarea ochiurilor delicate ale sitelor. Agitatorul cu ultrasunete pentru site reduce uzura ochiurilor de sită.
• Eficiența în ceea ce privește timpul și costurile: Cernerea cu ultrasunete asigură randamente mai mari într-un timp mai scurt, în comparație cu duratele îndelungate ale cernerii tradiționale, care duc la rate de recuperare mai scăzute. Această eficiență reduce costurile cu forța de muncă și crește capacitatea de procesare a laboratorului.
• Versatilitate în diverse sectoare: Deși a fost demonstrată pe materii prime alimentare precum făina de porumb, de grâu și de secară, această tehnologie poate fi aplicată la diverse pulberi fine și particule suspendate în lichide, ceea ce o face utilă pentru cercetarea din domeniile farmaceutic, chimic și al științei materialelor.
• Reproductibilitate îmbunătățită: Prin asigurarea unui mecanism de dezmascare consecvent și controlat, cernerea cu ultrasunete reduce variabilitatea asociată cernerii manuale sau a scuturării mecanice, conducând la rezultate analitice mai fiabile și mai repetabile.

Literatură / Referințe