- Desgaseificação por ultrassons de metais fundidos até 2 300 °C e de vidro fundido
- Segunda a sexta-feira: das 09:00 às 19:00
- Sialon Ceramics Aps - Østerbrogade 226, 1.º andar - 2100 Copenhaga - Dinamarca
Desgaseificação por ultrassons com recurso à glicerina, proporcionando uma plataforma de ensaio para estudos futuros.
Desgaseificação do vidro fundido com glicerina: visualização da prova de conceito
A glicerina foi escolhida para a desgaseificação, uma vez que apresenta uma viscosidade semelhante à do vidro fundido. Como as experiências são realizadas à temperatura ambiente, a monitorização do processo de cavitação ultrassónica é consideravelmente mais simples. Utilizámos duas configurações experimentais que nos permitiram observar visualmente e registar o processo de desgaseificação. Ao modelar fisicamente a desgaseificação ultrassónica do vidro fundido utilizando glicerina, podemos simplificar a otimização futura do processo.
Cavitação ultrassónica
A cavitação ultrassónica consiste na aplicação de ondas ultrassónicas a líquidos, o que resulta na formação, crescimento, pulsação e colapso de microbolhas. A cavitação é iniciada assim que se atinge um nível de energia limiar, que é de aproximadamente 0,15 MPa no caso da glicerina. Formam-se muitos milhares de bolhas. Estas expandem-se e colapsam rapidamente, criando ondas de choque de alta velocidade e pressões elevadas de vários GPa. Ocorrem também altas temperaturas localizadas.
Formam-se bolhas de gás nos núcleos de cavitação, que crescem por difusão da glicerina para o interior da bolha. Se o líquido já contiver bolhas, estas sofrem um crescimento por difusão. As bolhas individuais fundem-se devido às forças de atração entre si ( forças de Bjerknes e de Bernoulli ). À medida que crescem, a sua flutuabilidade aumenta, fazendo com que flutuem até à superfície e libertem o gás para a atmosfera.
Registe-se aqui para ver o filme na íntegra
Deslize as setas centrais com o rato da esquerda para a direita e vice-versa para ver as imagens completas antes e depois da desgaseificação por ultrassons.
Resultados da cavitação ultrassónica
Estão disponíveis vídeos do processo completo no YouTube (é necessário registar-se para os ver): Em ambas as configurações, o crescimento das bolhas e o seu transporte por fluxo acústico são claramente visíveis. O fluxo acústico dá origem à formação de densas nuvens de bolhas que, eventualmente, atingem a superfície do líquido e se dispersam. Na configuração 1, os eventos de cavitação ocorreram principalmente na superfície do sonotrodo, e o primeiro filamento surgiu após aproximadamente 30 segundos. Na configuração 2, formaram-se fluxos em todo o líquido e, devido à forma do recipiente, observam-se os efeitos das ondas estacionárias, das zonas nodais e antinodais, de alta e baixa energia. Em ambas as zonas, verifica-se que as bolhas se movem umas em direção às outras e se fundem, revelando-se bastante promissoras para um processo melhorado de clarificação do vidro.
Antes da aplicação da energia ultrassónica às amostras, ambas continham muitas bolhas minúsculas, o que as tornava semiopacas. Com o passar do tempo, as bolhas foram removidas e as amostras de glicerina ficaram límpidas. A Figura 1 mostra a glicerina na configuração experimental 1 antes e depois da experiência. A Figura 2 mostra a amostra experimental e a amostra de controlo antes e depois da aplicação de ultrassons na configuração 2. Na configuração 1, aproximadamente 4,5 litros de glicerina ficaram límpidos no espaço de dez minutos.
Configuração experimental
Foram utilizadas duas configurações experimentais. A primeira (configuração 1) consistia numa taça de 4,5 litros de glicerina contendo o sonotrodo cerâmico. A segunda (configuração 2) era uma célula de observação de vidro de quartzo cheia de glicerina, com as dimensões A 63 x L 35 x P 10 mm, à qual foi aplicada energia ultrassónica externa. A segunda configuração incluía também uma amostra de controlo idêntica, à qual não foi aplicada qualquer energia ultrassónica.
O sonotrodo de cerâmica utilizado na configuração 1 foi especialmente desenvolvido para eliminar as ondas estacionárias a 20 kHz. Isto elimina o risco de fissuras.
Conclusão
Os padrões de cavitação ultrassónica eram claramente visíveis na glicerina nos resultados de ambas as configurações experimentais, demonstrando que este modelo físico constitui uma excelente forma de estudar a desgaseificação em meios viscosos, como o vidro fundido.
A desgaseificação por ultrassons do vidro fundido apresenta muitas vantagens em comparação com os métodos convencionais de desgaseificação. Por exemplo, é mais rápido, consome consideravelmente menos energia e não utiliza aditivos tóxicos. Além disso, a modelação física do processo utilizando glicerina constitui uma forma ideal de aprofundar o estudo e otimizar o processo.