- Desgaseificação ultrassónica de metais fundidos até 2.300 °C e vidro fundido
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Economia de 20% no consumo de energia em processos com temperaturas consideravelmente mais baixas
Desgaseificação ultrassónica de vidro fundido
O fabrico de vidro envolve dois processos principais: a fusão e a refinação. No processo de fusão, as matérias-primas são misturadas e introduzidas num forno, onde são aquecidas a altas temperaturas (até quase 1600 °C). As matérias-primas reagem quimicamente para formar o vidro. De seguida, realiza-se a refinação para eliminar as bolhas de ar da massa fundida. Este último processo é crucial para a indústria vidreira. O objetivo é reduzir o tamanho e a quantidade de bolhas na massa fundida para níveis aceitáveis antes do início das operações de moldagem do vidro. O processo é demorado e consome muita energia em comparação com a desgaseificação ultrassónica do vidro fundido.
Desenvolvemos uma tecnologia de desgaseificação ultrassónica de fusão a gás que aumenta significativamente a eficiência deste processo, reduzindo a temperatura de refinação e poupando até 20% do custo energético. Aqui, descrevemos o processo e as melhorias que oferece em relação à refinação de vidro convencional.
A remoção de bolhas de gás do vidro durante o seu fabrico é uma parte essencial do processo de produção de vidro. Esta etapa do processo é chamada de refinação, e muitos métodos alternativos têm sido empregues.
Desgaseificação ultrassónica de vidros
As bolhas de gás formam-se como parte do processo de fusão do vidro, que envolve inúmeras reações químicas entre as matérias-primas que o compõem. Diversas destas reações químicas produzem grandes quantidades de dióxido de carbono e outros gases. Normalmente, um quilograma de matéria-prima produz 100 litros de dióxido de carbono. O dióxido de enxofre, o oxigénio, o sulfureto de hidrogénio e outros gases também são produzidos.
O processo de desgaseificação envolve a aglomeração de bolhas, em que os gases dissolvidos se difundem da massa fundida para formar bolhas que sobem à superfície e são expelidas. O tempo necessário para tal depende do diâmetro da bolha e da viscosidade da massa fundida, que é função da temperatura da massa fundida.
Como funciona a desgaseificação ultrassónica
Diversos métodos têm sido empregues para melhorar a eficiência do processo de refinação. Estes variam desde a adição de agentes clarificantes, refinação a vácuo e até mesmo o uso de microgravidade. No entanto, a aplicação do refinamento de vidro assistido por ultrassons é altamente promissora. Permite reduzir as temperaturas de refinação de cerca de 1.450 °C para 1.300 °C, com uma poupança total de energia até 20%.
Quando a energia ultrassónica dentro da gama de frequência adequada é aplicada a um material vítreo fundido, ocorre cavitação acústica. A cavitação é um processo em que mudanças rápidas de pressão produzem pequenas bolhas cheias de vapor que colapsam quando sujeitas a uma pressão elevada, gerando uma onda de choque.
O gás dissolvido na massa fundida difunde-se para o interior das bolhas de cavitação. Formam-se bolhas de gás nos núcleos de cavitação. Estas crescem por difusão da massa fundida para a bolha durante as oscilações ultrassónicas. As minúsculas bolhas coalescem então sob a influência das Bjerknes e Bernoulli e, quando suficientemente grandes, flutuam para a superfície da massa fundida, libertando o gás contido na bolha para a atmosfera. O processo é auxiliado pelo fluxo acústico e pela formação de correntes induzidas por ultrassons.
Considerações práticas
O nosso processo de desgaseificação ultrassónica, recentemente desenvolvido , utiliza um novo gerador ultrassónico e um sonotrodo cerâmico patenteado, capaz de tratar grandes volumes de vidro fundido de alta viscosidade a temperaturas até 1.600 graus Celsius. A desgaseificação do vidro fundido é realizada na parte frontal do forno de vidro. As vibrações acústicas de alta intensidade são produzidas diretamente no vidro fundido pela imersão dos sonotrodos.
Com esta configuração, podemos efetivamente duplicar o tamanho das bolhas de gás e atingir o mesmo nível de refinamento a temperaturas significativamente reduzidas, diminuindo os custos de energia até 20% e o impacto ambiental.
Conclusão
A desgaseificação ultrassónica do vidro fundido no interior do forno de vidro é uma tecnologia inovadora com potencial para reduzir consideravelmente a pegada de carbono da indústria de fabrico de vidro, que consome muita energia.