- Desgasificación por ultrasonidos de metales fundidos hasta 2.300°C y vidrio fundido
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20% de ahorro de energía en el proceso a temperaturas considerablemente más bajas
Desgasificación por ultrasonidos del vidrio fundido
La fabricación de vidrio implica dos procesos principales: la fusión y el refinado del vidrio. En el proceso de fusión del vidrio, las materias primas se mezclan primero en un lote y luego se introducen en un horno donde se calientan a alta temperatura (hasta casi 1600 °C). Las materias primas reaccionan químicamente para formar el vidrio. A continuación, se lleva a cabo el refinado del vidrio para eliminar las burbujas de vidrio de la masa fundida. Este último proceso es de vital importancia para la industria del vidrio. El objetivo es reducir el tamaño y el número de burbujas en la masa fundida a niveles aceptables antes de llevar a cabo las operaciones de formación del vidrio. El proceso es largo y consume mucha energía en comparación con la desgasificación ultrasónica del vidrio fundido.
Hemos desarrollado una tecnología de desgasificación de gases fundidos por ultrasonidos que aumenta considerablemente la eficacia de este proceso, reduciendo la temperatura de refinado y ahorrando hasta un 20% del coste energético. Aquí describimos el proceso y las mejoras que ofrece respecto al refinado de vidrio convencional.
La eliminación de las burbujas de gas del vidrio durante su fabricación es una parte esencial del proceso de fabricación del vidrio. Esta parte del proceso se denomina refinado, y se han empleado muchos métodos alternativos.
Desgasificación ultrasónica de vidrios
Las burbujas de gas se forman como parte del proceso de fusión del vidrio, que implica numerosas reacciones químicas entre las materias primas que crean el vidrio. Varias de estas reacciones químicas producen grandes cantidades de dióxido de carbono y otros gases. Normalmente, un kilogramo de materias primas produce 100 litros de gas carbónico. También se producen dióxido de azufre, oxígeno, sulfuro de hidrógeno y otros gases.
El proceso de desgasificación implica la aglomeración de burbujas, por lo que los gases disueltos se difunden desde la masa fundida para formar burbujas que suben a la superficie y son expulsadas. El tiempo que se tarda en hacerlo depende del diámetro de las burbujas y de la viscosidad de la masa fundida, que está en función de la temperatura de la misma.
Cómo funciona la desgasificación por ultrasonidos
Se han empleado varios métodos para mejorar la eficacia del proceso de refinado. Estos van desde la adición de agentes clarificantes, la clarificación al vacío e incluso el uso de la microgravedad. Sin embargo, la aplicación del refinado de vidrio asistido por ultrasonidos es muy prometedora. Permite reducir las temperaturas de refinado de unos 1.450 °C a 1.300 °C con un ahorro total de energía de hasta el 20%.
Cuando se aplica energía ultrasónica dentro de la gama de frecuencias adecuada a un vidrio fundido, se produce una cavitación acústica. La cavitación es un proceso en el que los cambios rápidos de presión producen pequeñas burbujas llenas de vapor que se colapsan cuando se someten a una alta presión generando una onda de choque.
El gas disuelto en la masa fundida se difunde en las burbujas de cavitación. Las burbujas de gas se forman en los núcleos de cavitación. Éstas crecen por difusión desde la masa fundida hacia la burbuja durante las oscilaciones ultrasónicas. A continuación, las pequeñas burbujas se unen bajo la influencia de las fuerzas de Bjerknes y Bernoulli y, cuando son lo suficientemente grandes, flotan hacia la superficie de la masa fundida liberando el gas dentro de la burbuja a la atmósfera. El proceso se ve favorecido por el flujo acústico inducido por los ultrasonidos.
Consideraciones prácticas
Nuestro proceso de desgasificación por ultrasonidos, recientemente desarrollado, funciona mediante un nuevo generador de ultrasonidos y un sonotrodo cerámico patentado que puede tratar grandes volúmenes de vidrio fundido de alta viscosidad a temperaturas de hasta 1.600 grados Celsius. La desgasificación de la masa fundida se realiza en el antehorno del horno de vidrio. Las vibraciones acústicas de alta intensidad se producen en el vidrio fundido directamente introduciendo los sonotrodos en la masa fundida.
Con esta configuración, podemos duplicar el tamaño de las burbujas de gas y lograr el mismo nivel de refinamiento a temperaturas significativamente reducidas, reduciendo los costes de energía hasta en un 20% y reduciendo el impacto en el medio ambiente.
Conclusión:
La desgasificación por ultrasonidos de vidrio fundido en el antehorno de un horno de vidrio es una tecnología revolucionaria que puede reducir considerablemente la huella de carbono de la industria de fabricación de vidrio, que consume mucha energía.