O antiespumante líquido explicado: como controla a espuma em aplicações industriais

Principais conclusões

Compreender como funcionam os antiespumantes líquidos pode evitar que as suas operações industriais sofram danos dispendiosos no equipamento e perdas de produção causadas pela acumulação descontrolada de espuma.

• Os antiespumantes líquidos utilizam três componentes que atuam em conjunto: materiais hidrofóbicos (como a sílica ou as ceras), veículos de transporte (óleos ou água) e uma quantidade mínima de emulsionantes para se espalharem rapidamente e desestabilizarem a espuma na interface ar-líquido.

• Existem quatro tipos principais de antiespumantes que respondem a diferentes necessidades: à base de óleo para o controlo da espuma na superfície, à base de água para a libertação do ar arrastado, à base de silicone para um desempenho de dupla função e copolímeros de EO/PO para aplicações dependentes da temperatura.

• O controlo da espuma ocorre através de três mecanismos: desestabilizar as lamelas de espuma através da remoção de tensioativos, romper as bolhas por meio da formação de pontes e da desumidificação, e promover a coalescência das bolhas para libertar rapidamente o ar retido.

• A escolha adequada do antiespumante evita avarias no equipamento: Nos equipamentos de extração, a espuma pode reduzir a capacidade do depósito em 33% e provocar a corrosão do motor de vácuo, enquanto que na metalurgia inibe as funções de arrefecimento e lubrificação.

• A dosagem varia consoante a aplicação: As concentrações típicas variam entre 0,1 e 0,31 TP3T nas tintas de látex, entre 10 e 30 ppm na separação de óleo e gás e entre 10 e 200 ppm no tratamento de águas residuais, dependendo da intensidade da formação de espuma e das condições do processo.

O anti-espumante líquido adequado, adaptado ao seu processo industrial específico, protege a longevidade do equipamento, mantém a eficiência operacional e elimina os estrangulamentos na produção causados por problemas relacionados com a espuma.

A acumulação de espuma pode danificar o seu equipamento. A espuma rica em detergente, misturada com sujidade e fiapos, é aspirada para o interior dos motores dos aspiradores, obstruindo as condutas de ar, corroendo as peças internas e reduzindo a potência de sucção. Um antiespumante líquido é um aditivo químico que reduz e previne a formação de espuma em líquidos utilizados em processos industriais. Os processos industriais enfrentam problemas graves decorrentes da espuma, que provoca defeitos nos revestimentos de superfície e impede o enchimento eficiente dos recipientes. Estas questões surgem com maior frequência nos tanques de recuperação de máquinas de extração e de lavadoras automáticas, onde o controlo da espuma se torna fundamental. Os agentes antiespumantes mais comuns incluem óleos insolúveis, compostos antiespumantes à base de silicone, como os polidimetilsiloxanos, e determinados álcoois. Neste artigo, vamos explorar como funcionam os antiespumantes líquidos, os seus vários tipos e as suas aplicações em operações industriais.

O que são os antiespumantes líquidos e quais são as suas principais propriedades

Um antiespumante líquido é composto por três componentes distintos que atuam em conjunto para controlar a espuma. O ingrediente principal é um material hidrofóbico que funciona como elemento ativo. Os materiais hidrofóbicos incluem sílica tratada, ceras (sintéticas ou naturais) e silicones ou derivados de silicone. Estes materiais hidrofóbicos podem ser utilizados isoladamente ou combinados para melhorar o desempenho.

O segundo componente é um veículo de transporte que transfere os agentes ativos hidrofóbicos para o sistema hidrofílico que retém o ar. Os veículos de transporte incluem óleos minerais, óleos vegetais e óleos de silicone. O fluido de transporte tem, normalmente, uma tensão superficial inferior à do líquido espumante. A estabilidade a longo prazo do veículo de transporte no líquido original determina a eficácia do controlo da espuma em produtos com prazo de validade prolongado.

O terceiro componente, um emulsionante, proporcionará uma distribuição ideal do componente hidrofóbico no veículo, facilitando simultaneamente a dispersão do agente antiespumante por todo o líquido. Os emulsionantes utilizados incluem alquilfenóis etoxilados e ésteres de sorbitano. Minimizamos a quantidade de emulsionante, uma vez que estes compostos podem, por si só, contribuir para a formação de espuma.

Composição química e atividade superficial

Os agentes antiespumantes funcionam melhor quando a tensão superficial ou a tensão interfacial diminuem. Um antiespumante à base de silicone contém componentes tensioativos que reduzem a tensão superficial do líquido de tal forma que as bolhas de ar na espuma se rompem. Esta redução da tensão superficial permite que o antiespumante se espalhe mais rapidamente pela interface da espuma.

Requisitos de viscosidade para uma aplicação rápida

A baixa viscosidade contribui para a penetração e a dispersão. O antiespumante líquido deve ter um coeficiente de dispersão rápido, para que se espalhe pelo meio. Sem esta característica de baixa viscosidade, o antiespumante não consegue atingir a interface ar-líquido, onde a estabilização da espuma ocorre com a rapidez necessária.

Insolubilidade em meio espumante

O antiespumante deve ser insolúvel no meio espumante. A fase líquida de um antiespumante deve apresentar um certo grau de incompatibilidade ou insolubilidade com o meio em que é introduzido. Esta incompatibilidade permite que o antiespumante forme gotículas que sobem à superfície e se espalham bem, rebentando as bolhas sem contribuir para a formação de mais espuma.

Tipos de antiespumantes líquidos

Os formuladores escolhem entre quatro categorias principais de antiespumantes líquidos, com base no sistema de suporte e na composição química ativa necessária para as condições específicas do processo.

Antiespumantes à base de óleo com óleos minerais ou vegetais como veículos

As formulações à base de óleo utilizam óleo mineral, óleo vegetal ou óleo branco como veículo. Estes compostos incluem cera ou sílica hidrofóbica para melhorar o desempenho. As variantes de óleo mineral proporcionam uma excelente supressão de espuma em sistemas à base de água. As alternativas à base de óleo vegetal oferecem um teor ativo de 100%, com eficácia na gama de 0,1-0,3% p/p em sistemas de tintas de látex. As formulações à base de óleo vegetal eliminam os riscos de contaminação por silicone que causam crateras, olhos de peixe e falhas de aderência entre camadas em sistemas acrílicos e de acetato de vinilo. Estes antiespumantes destacam-se na eliminação da espuma superficial.

Antiespumantes à base de água para a libertação de ar arrastado

As formulações à base de água dispersam vários óleos e ceras num veículo aquoso. Os óleos podem ser de origem mineral ou vegetal, e as ceras consistem em álcoois gordos de cadeia longa, sabões de ácidos gordos ou ésteres. Os antiespumantes à base de água funcionam como desareadores e libertam o ar arrastado dos líquidos de processo, ao contrário das variantes à base de óleo. Esta especialização torna-os ideais para aplicações em que a remoção do ar subjacente à superfície é mais importante do que o controlo da espuma na superfície.

Compostos antiespumantes à base de silicone

As formulações de silicone contêm polímeros com cadeias principais de silício, apresentadas sob a forma de óleos ou emulsões à base de água. Uma emulsão antiespumante de silicone típica é constituída por polidimetilsiloxano 30% em água, com componentes inorgânicos modificados. Estes compostos dispersam sílica hidrofóbica no óleo de silicone. As variantes de silicone desempenham funções duplas, eliminando a espuma superficial e libertando simultaneamente o ar retido. Continuam a ser adequadas para sistemas de formação de espuma não aquosos, incluindo operações com petróleo bruto e de refinação.

Antiespumantes de copolímero EO/PO

Os copolímeros em bloco de óxido de etileno/óxido de propileno funcionam através de um mecanismo de solubilidade inversa. Estes tensioativos não iônicos permanecem solúveis em água a baixas temperaturas, mas precipitam e espalham-se na interface da espuma quando a temperatura do processo excede o seu ponto de turvação. A antiespumagem depende da relação entre o ponto de turvação do tensioativo e a temperatura de aplicação. Os formuladores devem selecionar copolímeros em bloco cujo ponto de turvação seja inferior à temperatura de utilização pretendida. Estes agentes ativos 100%, isentos de silicone, oferecem inércia biológica. Isto torna-os seguros para utilização em sistemas de fermentação.

Como os antiespumantes líquidos controlam a formação de espuma

“modo de propagação devido à absorção da película da bolha rebentada pela película de líquido circundante” — Rei Kurita, Professor Associado, Universidade Metropolitana de Tóquio

Existem três mecanismos que regulam o controlo da espuma após a adição de um antiespumante líquido aos líquidos de processo. Estes mecanismos atuam em conjunto para eliminar a espuma superficial e as bolhas de ar arrastadas.

Desestabilização das lamelas de espuma na interface ar-líquido

A ação de espalhamento provoca um choque mecânico na superfície da espuma e desestabiliza a sua estrutura. O antiespumante espalha-se pela superfície da espuma mais rapidamente, penetra nas lamelas e rompe a coesão da espuma. O componente hidrofóbico desloca os tensioativos estabilizadores na interface ar-líquido. Esta afinidade pela superfície ar-líquido rompe as bolhas de ar e destrói a espuma superficial.

Ruptura de bolhas de ar por expansão superficial

O antiespumante penetra na parede da bolha e rompe a estrutura da película através de um mecanismo de formação de pontes. As gotículas antiespumantes com baixa tensão superficial estendem-se ao longo da lamela e formam pontes instáveis. Uma partícula hidrofóbica ou gota de óleo com um ângulo de contacto superior a 90° provoca o desumidecimento ao entrar em contacto com ambos os lados de uma lamela. O líquido em contacto com a partícula curva-se para dentro até que ambos os lados da película se toquem e se rompam. A lamela esvazia-se à medida que a ponte se forma e atinge um ponto crítico em que se rompe e liberta o ar retido.

Aglomeração e subida das bolhas de ar arrastadas

As bolhas de ar arrastadas aglomeram-se e formam bolhas maiores que sobem à superfície mais rapidamente. Várias bolhas pequenas fundem-se e escapam da mistura através da coalescência. O antiespumante reduz os gradientes de tensão superficial. As películas de bolhas tornam-se mais finas e rompem-se em pontos específicos, libertando o gás interno. Este processo de coalescência elimina as grandes bolhas de ar arrastadas com métodos de mistura adequados.

Aplicações industriais e resolução de problemas

“As nossas tecnologias à base de sílica permitem reduzir o teor de óleo e obter uma dosagem mais económica, graças aos seus poderosos efeitos potenciadores, que aceleram a dissolução da espuma e aumentam a eficiência da formulação.” — Evonik, Empresa líder no setor dos produtos químicos especializados

Os operadores industriais enfrentam perdas de produção relacionadas com a formação de espuma em vários setores. Cada um deles requer soluções específicas de antiespumantes líquidos, adaptadas às condições específicas de cada processo.

Controlo da espuma no tanque de recuperação em equipamentos de extração

A espuma nos tanques de recuperação dos extratores de alcatifas faz com que o mecanismo de flutuação feche demasiado cedo e reduz a capacidade do tanque em até 33%. O funcionamento do flutuador falha quando a espuma o impede, e a solução suja é aspirada para o motor de vácuo. Isto provoca corrosão e avarias prematuras. Adicionamos um antiespumante diluído através da mangueira de recuperação para tratar todo o sistema de aspiração e, em seguida, mantemos uma concentração de 0,5 a 1,0 onças por galão da capacidade do tanque.

Gestão da espuma em líquidos de arrefecimento e de processo

A espuma do líquido de arrefecimento para metalurgia inibe as funções de lubrificação e arrefecimento. Além disso, aumenta o volume do sistema. Uma onça de antiespumante concentrado trata 50 galões de líquido de arrefecimento diluído. As operações CNC de alta pressão acima de 800 psi requerem formulações especializadas de baixa formação de espuma.

Fábrica de papel e transformação de pasta de madeira

As emulsões de silicone mantêm-se ativas em condições de alta temperatura e alcalinas. Estas condições verificam-se nas fases de lavagem da pasta, evaporação e branqueamento. Estas formulações libertam o ar retido e reduzem a tensão superficial nos líquidos de processo. A lavagem da pasta marrom com compostos organossilícicos modificados reduz o arrastamento de produtos químicos e os custos de branqueamento.

Operações de transformação alimentar e refinação de petróleo

Os antiespumantes de qualidade alimentar controlam a formação de espuma na produção de cerveja, no processamento de sumos e nas operações de lacticínios, cumprindo simultaneamente os regulamentos da FDA. Os antiespumantes de silicone eliminam a espuma com uma dosagem de 10 a 30 ppm na separação de óleo e gás e evitam o arrastamento de líquido.

Tratamento de águas residuais e sistemas hidráulicos

Os antiespumantes para águas residuais são dosados a 10-200 ppm, dependendo da intensidade da espuma. O antiespumante hidráulico previne danos causados pela cavitação e mantém a eficiência do sistema e a longevidade dos componentes.

Conclusão

Já abordámos a forma como os antiespumantes líquidos reduzem a espuma através de três mecanismos principais: desestabilização das lamelas de espuma, ruptura das bolhas de ar e promoção da coalescência das bolhas. Os requisitos específicos do processo determinam se devemos optar por formulações à base de óleo, à base de água, de silicone ou de copolímeros de EO/PO. Estes compostos protegem equipamentos críticos em sistemas de extração, operações de metalurgia, fábricas de papel e instalações de tratamento de águas residuais. A seleção e dosagem corretas do antiespumante evitam danos no equipamento que podem sair caros. Além disso, melhoram o desempenho do processo e eliminam as perdas de produção causadas pela espuma descontrolada.