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ULTRASUONI E CAVITAZIONE

Cosa c'è dietro

RISOLUZIONE DEI COLLEGAMENTI CON LE VIBRAZIONI

Disintegrazione a ultrasuoni

Per disintegrazione si intende la frantumazione dei fanghi biogeni con l’aiuto di agenti esterni. Il conseguente ingrandimento della superficie determina un’accelerazione dei processi di degradazione organici e quindi un’aumentata resa in biogas. Inoltre la liberazione di esoenzimi dallo strato cellulare esterno potenzia l’attività enzimatica nel fermentatore.

PRINCIPIO FISICO CAVITAZIONE

ELEVATI IMPULSI ENERGETICI NELL’IMPLOSIONE DI CAVITAZIONE A LIVELLO DI ΜM

Nella disintegrazione a ultrasuoni le oscillazioni elettriche prodotte da un generatore vengono trasformate da un convertitore (trasduttore elettroacustico) in vibrazioni meccaniche. Attraverso un cosiddetto sonotrodo, tali vibrazioni vengono trasmesse al mezzo circostante dove, seguendo il ritmo della frequenza ultrasonica, generano delle sovrappressioni e rispettivamente delle depressioni, a seconda se il trasduttore elettroacustico si trova in fase di espansione oppure di contrazione. Durante la fase di depressione nel liquido sottoposto all’azione degli ultrasuoni si creano delle microscopiche cavità che nella successiva fase di sovrappressione subiscono un collasso. Questo processo viene chiamato cavitazione. Durante la fase di collasso, che libera pressioni e temperature elevate, nelle aree vicine alle cavità si creano forti sollecitazioni d’urto e di taglio che provocano la disintegrazione dei microorganismi circostanti.

La tecnologia di base del sistema SmartDMS è la tecnologia a ultrasuoni di Weber Ultrasonics. Il reattore BioPush appositamente sviluppato per il trattamento dei fanghi biogeni soddisfa gli elevati requisiti del processo di disintegrazione ed è molto più adatto, sotto molti aspetti, rispetto alla tecnologia convenzionale a sonotrodi o ad oscillatori a barra.

  • Temperature fino a 5.000 °C
  • Pressioni fino a 1.000 bar
  • Elevata accelerazione – alte forze laterale

TECNOLOGIA STANDARD

OSCILLATORE A BARRA

Nei sistemi convenzionali l’attenuazione della capacità di cavitazione aumenta all’aumentare della concentrazione di sostanze solide­. Pertanto, spesso, a venir trattata è soltanto la biomassa presente nelle immediate vicinanze della sorgente di ultrasuoni.

La durata utile degli oscillatori a barra utilizzati per il trattamento dei fanghi è compresa tra 6 mesi e 2 anni, a seconda delle caratteristiche dei fanghi. I primi lavori di manutenzione si rendono necessari già dopo un periodo di funzionamento ridotto.

A seguito dell’effetto di cavitazione sulla superficie dei trasduttori di ultrasuoni il suono è attutito. In particolare i materiali fibrosi, come ad esempio i peli, possono causare notevoli problemi. Non appena il materiale aderisce al trasduttore a ultrasuoni, il fenomeno dei depositi è potenziato a causa dei materiali aggiunti. L’oscillatore non è in grado di erogare l’intera potenza. Ciò può causare surriscaldamenti, con conseguente danneggiamento dell’oscillatore.

Per prevenire questo problema, il corpo del reattore a cui l’oscillatore a barra è applicato deve essere pulito di frequente. Per alcune applicazioni, di tanto in tanto è iniettata acqua, in modo da prevenire ostruzioni e intasamenti.

Rappresentazione schematica del reattore BioPush

BIOPUSH GENERA

La cella di flusso BioPush genera, grazie al suo potente trasduttore superficiale, un campo di cavitazione omogeneo all’interno del reattore. Il corpo del reattore quadrangolare è dotato di 6 trasduttori a ultrasuoni per lato. Dato che tutti i 24 elementi si espandono o contraggono contemporaneamente con una frequenza di circa 22 kHz, l’ampiezza è all’incirca quadruplicata. L’effetto sul fango è almeno pari all’impiego della tecnologia tradizionale tuttavia, grazie alla sua struttura costruttiva, il BioPush è al 100 % esente da manutenzione. Anche substrati problematici, come fanghi ­misti altamente concentrati di impianti di depurazione comunali o di impianti di fermentazione agricoli, vengono così trattati a capacità piena. Nei reattori a ultrasuoni convenzionali, di norma, vi è un contatto diretto tra sonotrodo e substrato, il che causa necessariamente una continua usura strisciante dei sonotrodi. Questi impianti erogano inizialmente la stessa prestazione di BioPush. Tuttavia questa si degrada molto rapidamente, in quanto sui sonotrodi danneggiati dalla cavitazione si formano necessariamente ostruzioni, che causano un’attenuazione dell’isolamento acustico sino ad allora completo.

L’omogeneità del campo sonoro del BioPush è stata riprodotta con un semplice test sull’alluminio. Un telaio rettangolare è stato avvolto con pellicola di alluminio e tenuto all’interno del reattore riempito con acqua. Dopo un tempo di trattamento con ultrasuoni di 15 secondi il telaio è stato estratto assieme alla pellicola in alluminio. La cavitazione ha distrutto la pellicola di alluminio su tutti e tre i lati. La distribuzione omogenea dei risultati della cavitazione è ben visibile.

Technische Merkmale des BioPush Reaktors:

  • Fino al 25% di biogas in più! (dimostrato più volte)
  • 2.000 W di potenza a ultrasuoni per ogni reattore a ultrasuoni
  • trattamento di substrati con contenuto di sostanze solide fino al 15 %
  • pretrattamento meccanico opzionale
  • semplice adattamento a quantità di caricamento modificate
  • apporto di energia ottimizzato grazie a un campo sonoro omogeneo, senza contatto
  • struttura costruttiva compatta
  • collegabili a cascata in qualunque modo
  • plug & play

L’omogeneità del campo sonoro del BioPush è stata riprodotta con un semplice test sull’alluminio. Un telaio rettangolare è stato avvolto con pellicola di alluminio e tenuto all’interno del reattore riempito con acqua. Dopo un tempo di trattamento con ultrasuoni di 15 secondi il telaio è stato estratto assieme alla pellicola in alluminio. La cavitazione ha distrutto la pellicola di alluminio su tutti e tre i lati. La distribuzione omogenea dei risultati della cavitazione è ben visibile.

Una recensione

Il reattore BioPush

I problemi indicati nel punto 1 si verificano principalmente a causa del contatto diretto tra il fango e i traduttori di ultrasuoni. L’aggressiva forza di cavitazione, che è voluta e richiesta per ottenere l’effetto voluto, comporta inevitabilmente per i fanghi biogeni un processo instabile. Per tale motivo Weber Entec ha sviluppato il reattore BioPush. La novità di questo approccio consiste nel fatto che gli ultrasuoni sono applicati sul lato esterno del reattore.

Dalla figura seguente si osserva chiaramente che il campo sonoro non è omogeneo per gli oscillatori a barra. Vi sono aree che non sono assolutamente interessate dalla cavitazione.

 

 

 

 

 

 

oscillatore a barra dopo l’uso in un impianto di depurazione per circa 9 mesi
2. oscillatore a barra dopo l’uso in un impianto di depurazione per circa 9 mesi

1. nuovi oscillatori a barra in titanio inutilizzati

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