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A melhor válvula para partículas sólidas

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A boa escolha de uma válvula determina o aprimoramento do desempenho do aerossol. A válvula é um elemento essencial do aerossol para assegurar seu fechamento hermético possibilitando um melhor desempenho para cada tipo de produto a ser disperso. Existem diferentes tipos de válvulas para fins bem definidos, de modo que um tipo padrão nem sempre é a melhor opção, previamente devem ser analisadas as características e finalidades do aerossol para determinar qual é o melhor produto.

Considere-se que a válvula de aerossol é a responsável pela dispersão eficaz das quantidades apropriadas de cada um dos produtos, como também por proporcionar a melhor maneira de abastecer o propelente através da mesma.

Outro aspecto importante a considerar é a compatibilidade da válvula com o conteúdo do aerossol, de forma
que neutralize a ação do mesmo conteúdo sobre os materiais que compõem a válvula. Portanto, a válvula deve suportar as reações químicas que podem afetá-la, tanto as originadas pelo produto quanto pelo propelente. É também uma condição a mais que a válvula seja adequada para atender às necessidades e exigências de produção, em termos de robustez e confiabilidade.

Por tudo isso, e para que o aerossol seja preciso, seguro e confiável é imprescindível escolher a válvula de forma correta. Para tal, e de acordo com o produto específico, devem se conhecer os diferentes tipos de válvulas que existem.

As válvulas são classificadas da seguinte forma:
• Pelo seu funcionamento: de spray contínuo ou válvula dosadora.
• Pela sua forma: masculinas, femininas.
• Pelo seu acionamento: vertical, lateral.
• Pelo tipo de aplicação: vertical, anyway.
• Pelo tipo de produto a ser disperso: para líquidos, para espumas, para pós.
• Pelo tipo de pulverização: espacial, superfície.
• Pela sua adaptação ao recipiente: de 1 polegada, 20 mm, 13 mm, para recipiente PET.
• Especiais: sem mola, alimentos, etc.

Outro elemento para a escolha da melhor válvula é a necessidade de saber que existem diferentes tipos de aplicação no sistema aerossol:
• Pulverização espacial
• Pulverização sobre superfícies (úmida e seca)
• Aplicação de sólidos
• Pulverização de baixo fluxo
• Espuma (diferentes graus de consistência)
• Gel
• Especiais: (aplicadores TPBF, sondas, etc.)

A pergunta que importa aqui é: de que depende o desempenho da dispersão dos aerossóis?
Existem muitos fatores, em primeiro lugar depende de sua formulação, do tipo de propelente ou misturas de propelentes utilizados, de sua miscibilidade com o concentrado (solução, emulsão, suspensão), da pressão do vapor da mistura de propelentes utilizados, da presença adicional de solventes voláteis, da densidade dos propelentes e solventes que compõem o concentrado, da viscosidade do conteúdo e, principalmente, da relação concentrado/propelente, entre outros.

Tudo isto constitui o que costumo chamar de sintonia grossa para modificar um desempenho. A sintonia fina se estabelece combinando os orifícios principais dos componentes da válvula.

Válvula estandar e válvula para sólidos

A válvula estandar se compõe de um corpo cilíndrico por onde flui o conteúdo do aerossol impulsionado pelo propelente, o qual tem uma haste com um furo perpendicular ao seu eixo que essencialmente regula o volume do fluxo do aerossol. Junto ao furo tem uma arruela de material elastomérico (junta interna), seu objetivo é abertura e fechamento da válvula, o que se obtém de forma mecânica pela pressão exercida sobre o atuador pelo consumidor ao acionar o mesmo.

No que se refere às válvulas de pulverização para aerossóis que contém sólidos, em especial pós, a sua característica principal é o desenho de sua haste. A este respeito, distinguimos os dois desenhos de haste mais conhecidos para este tipo de válvula: haste anelada e haste reta de base afunilada.

Fase vapor

Um aspecto importante a considerar na escolha da válvula adequada, é o uso do orifício da fase vapor. Este se encontra no corpo de válvula e permite a entrada concomitante do propelente em estado gasoso com o líquido proveniente da fase líquida.

Geralmente está localizado na lateral ou na parte inferior do corpo da válvula e é usado quando se pretende um tamanho de partícula menor para melhorar a pulverização espacial, do mesmo modo se utiliza nos produtos que requerem uma pulverização mais seca, comonos desodorantes de uso pessoal, ou quando é necessária uma maior maciez, tal como no caso de alguns sprays de cabelo e, finalmente, quando se deseja uma melhor fluidificação das partículas sólidas em aerossóis contendo pó.

Existem várias vantagens na utilização do orifício de fase vapor na válvula: proporciona uma melhor pulverização espacial em concentrados viscosos com densidade mais elevada, tais como os que contêm uma proporção maior de água. Ele também permite emular o funcionamento das válvulas “anyway” (uso vertical e inverso) em determinados produtos e reduz a distância de ignição do aerossol e/ou sua projeção de comprimento de projeção da chama, ou seja, melhora a condição de inflamabilidade do aerossol.

Embora o orifício da fase vapor é utilizado, tal como mencionado, para obter vasta gama de benefícios na pulverização do aerossol, nem sempre pode ser aplicado. Por exemplo, quando se procura uma pulverização completamente liquida, quando é usado um gás dissolvido ou comprimido como propelente, quando se deseja uma espuma ou quando se trata de um gel.

Combinação de orifícios internos

Em uma válvula estandar, que é utilizada em aerossóis que não contêm sólidos, a combinação dos diferentes orifícios disponíveis nos componentes das válvulas é a responsável pelo desempenho final do aerossol. O formulador deve escolher entre todas as possibilidades a mais adequada para atingir os resultados desejados para o produto.

Para o caso dos aerossóis que contêm sólidos, como os antitranspirantes, os desodorantes pédicos e outros, é necessário analisar as considerações a seguir:
Ao concentrado que se introduz no corpo da válvula através do tubo pescante, se adiciona propelente em fase gasosa, que é introduzida através do orifício de fase vapor. Esta ação gera a presença de bolhas em adição às produzidas pela descompressão que acontece na base do corpo da válvula. Esta suspensão final de bolhas de gás ajuda, no caso de aerossóis com pó, à fluidização das partículas sólidas e a mantê-las dispersas pelo restante das passagens internas da válvula e do atuador.

Para aperfeiçoar este processo, principalmente em aerossóis com sólidos, é possível fazer uma combinação dos diferentes orifícios internos de fase líquida, de fase vapor, da haste e de saída da inserção do atuador.

Combinações de orifícios recomendada para aerossóis com sólidos

Fase líquida Fase vapor Orifício da haste Orifício de saída do atuador
2mm 0.76mm 2×0.50mm 0.63mm
1.27mm 1mm 2×0.50mm 0.50mm
1.27mm 0.50mm 0.60mm 0.63mm
0.76mm 0.45mm 0.60mm 0.50mm

 

O sucesso ou insucesso de um aerossol contendo uma formulação com sólidos pode depender da escolha correta da combinação dos orifícios internos, ao contrário dos produtos que são de uma única fase líquida, isto é, que não contêm sólidos (mencionado anteriormente), tal como desodorantes pessoais ou sprays de cabelo, em que existe uma vasta gama de variações possíveis para diferentes desempenhos do pulverizador.

Como a fase vapor afeta o desempenho do aerossol

Isto é determinado pelo teste de esvaziamento total do aerossol:

Temos duas formas de realizar o teste:
• Esvaziamento contínuo: Aciona-se o aerossol agitando continuamente até que não saia mais produto do mesmo.
• Esvaziamento descontínuo: Trata-se de reproduzir o uso do aerossol por parte do usuário, que o aciona diversas vezes ao dia por alguns segundos.

A condição objetiva deste teste é a de possibilitar uma verificação do esvaziamento total do aerossol, ou que o remanescente de produto no aerossol seja, no mínimo, tolerável.

Quando o corpo da válvula não possui orifício de fase vapor, o teste de esvaziamento contínuo do aerossol não é muito diferente do esvaziamento descontínuo pelo usuário, porque neste caso temos algo a mais de consumo de propelente pelo maior volume que vai ocupando a parte gasosa enquanto se produz o esvaziamento. E também porque se produz um esfriamento do conteúdo a partir da evaporação do propelente que diminui a pressão do vapor dentro do aerossol. Isso tudo não influi em demasia no esvaziamento do produto, motivo pelo qual este teste se considera aceitável, desde que se consiga esvaziar o conteúdo do aerossol.

Por outro lado, quando o corpo da válvula possui orifício de fase vapor, o teste de esvaziamento contínuo é diferente ao teste de esvaziamento descontínuo. Isto acontece porque temos um grande consumo de propelente que penetra na válvula pela fase vapor, o que faz com que diminua cada vez mais a pressão na área gasosa do aerossol e consequentemente essa pressão já não é mais suficiente para impelir o líquido que sobe pelo tubo pescaste.

A tudo isto se deve somar o resfriamento do recipiente, o que piora essa situação. Neste caso, a presença do produto como remanescente não é suficiente para rejeitar a válvula escolhida, por isso deve se proceder a realizar o teste de esvaziamento não contínuo.

No esvaziamento descontínuo se trata de reproduzir, como já dito, o uso do aerossol que faz o consumidor, que o aciona diversas vezes ao dia durante 10 ou 15 segundos. Se no teste de esvaziamento se reproduz o modo do usuário, podemos obter uma situação próxima da realidade pelos motivos a seguir:

Depois de cada acionamento de poucos segundos, o equilíbrio da pressão dentro do aerossol se restabelece durante o tempo de não uso, o que possibilita que, diante de cada novo acionar, toda a pressão do propelente esteja disponível para impelir o líquido que sobe pelo tubo pescante. Também se atenua o efeito de resfriamento do aerossol porque este retorna à sua temperatura normal durante o período em que não é utilizado.

Por estes motivos, um teste negativo com o esvaziamento contínuo pode se reverter ao realizá-lo no descontínuo, permitindo assim a aprovação da válvula utilizada.

O desenho dos dutos internos deumatuador, que se utilizam em uma válvula de aerossol que contêm sólidos em suspensão, deve reunir várias condições Podemos considerar que uma solução de gás liquefeito (compressível) e um meio líquido (não compressível), que circula por dentro dos dutos deumatuador sofrendo sucessivas compressões e descompressões, pode se assimilar a um fluido parcialmente Newtoniano. Se a isto acrescentamos a presença de partículas sólidas que se supõem fluidizadas devido à magnitude do fluxo da corrente que circula e as arrasta, mas que estão submetidas à força da gravidade, flutuação e fricção ou atrito, observamos que o estabelecimento de um modelo físico e termodinâmico que represente esta cinética é tarefa mais do que difícil.No entanto, podemos supor como conclusão que as forças de fricção ou atrito provocadas pela rugosidade dos dutos e, fundamentalmente, as mudanças súbitas da direção do fluxo, os estrangulamentos e expansões que sofre a circulação do fluido afetam mais às partículas sólidas do que aos fluidos propriamente ditos.Também é possível adicionar, como conclusão do que precede, que se num duto dentro de umatuador se produz uma mudança brusca de direção, o fluido se adaptará a esta mudança, mas as partículas não o farão.Estas, devido à sua própria inércia, tenderão a continuar na mesma direção e impactarão diretamente na parede do duto. Não acontecerá o mesmo se a mudança de direção se produz através de uma curva. Neste caso, as partículas serão forçadas a mudar de curso, impelidas pelo fluido, mas sem colidir com as paredes como no caso anterior.

Portanto, o projetista do atuador deve evitar tais mudanças bruscas de direção do fluido particulado, calculando rádios da maior amplitude possível para mudar a direção do movimento dentro do mesmo.

Esta característica no desenho dos atuadores para produtos que contêm sólidos vai melhorar o fluxo, evitando o entupimento de partículas com a consequente obturação do atuador.

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