Caracterización del sistema de aplicación de ultrasonidos sin contacto directo de un secadero piloto de liofilización a presión atmosférica

Abstract

[ES] La aplicación de ultrasonidos de potencia ha demostrado ser una técnica muy interesante para la intensificación de los procesos de secado, especialmente los que tienen lugar a bajas temperaturas como es el caso de la liofilización a presión atmosférica. En este sentido, resulta imprescindible conocer las condiciones en las que se aplican los ultrasonidos para poder determinar su influencia en el proceso. Por ello, el objetivo del presente Trabajo de Fin De Grado (TFG) es caracterizar el campo acústico generado por el sistema de aplicación de ultrasonidos de un liofilizador a presión atmosférica piloto desarrollado por el grupo de investigación ASPA (Análisis y Simulación de Procesos Agroalimentarios). Para ello, se dispone de un sistema de generación de ultrasonidos para aplicación en medio gas y sin contacto directo con las muestras. Los ultrasonidos se generan mediante un transductor piezoeléctrico que es excitado por la señal proporcionada por un generador y un sistema de adaptación. Dicho transductor transmite la vibración a un emisor de tipo plato escalonado (diámetro 39,5 cm) que es el encargado de aplicarla, a través del aire, a las muestras. El campo acústico se caracterizó a partir de las medidas de presión acústica realizadas en una cuadrícula fijada en la zona de emisión del plato. Para ello, se utilizó un micrófono preamplificador (Type 2670) conectado a un osciloscopio. Las medidas se realizaron a diferentes distancias entre el plato y la superficie de medida (5, 15 y 25 cm), a diferentes potencias eléctricas aplicadas al transductor (100 y 180 W), sin y con (2 m/s) aplicación de aire y a 2 temperaturas, ambiental (21±1 ºC) y en condiciones de congelación (-20±1 ºC). Para cada condición experimental ensayada se estima la presión acústica en diferentes superficies. Así se estima la presión acústica media sobre la proyección de la superficie del plato en la zona de medida, la superficie de máxima presión en cada posición o la máxima presión acústica detectada. De esta manera, se cuantifica la influencia de las distintas variables sobre el campo acústico.

[EN] The application of power ultrasound has been found a very interesting way for the intensification of the drying processes, especifically those that occur at low temperatures such as the atmospheric freeze drying. In this sense, it is essential to know the conditions in which ultrasound is applied in order to determine their influence on the process. Therefore, the objective of this work was to characterize the acoustic field generated by the ultrasound application system a pilot atmospheric freeze drier developed by the research group ASPA (Analysis and Simulation of Agro-food Processes). For this purpose, it has a system for applying ultrasound in gas media without direct contact with the samples. Ultrasound is generated by a piezoelectric transducer that is excited by the signal supplied by a generator and adaptation system. This transducer transmits the vibration to a transmitter stepped-plate (diameter 39.5 cm) that is responsible for applying, through the air, to the samples. The acoustic field is characterized from acoustic pressure measurements carried out on a grid set in the projection area of the plate. For this, a microphone preamplifier (Type 2670) connected to an oscilloscope was used. The measurements were performed at different distances from the plate (5, 15 and 25 cm), different electrical power applied to the transducer (100 and 180 W), without and with (2 m / s) air application and 2 temperatures, room temperature (21 ± 1 ° C) and freezing conditions (-20 ± 1 ºC). For each experimental condition, the average acoustic pressure was estimated in different zones of application. Thus, the average acoustic pressure on the projection of the surface of the plate in the measurement zone, the surface of maximum pressure in each position or the maximum sound pressure detected is estimated. Thus, the influence of the different variables is quantified on the acoustic field.