Desintegración ultrasónica: Humedecer, disolver, dispersar

Los integradores ultrasónicos son ampliamente utilizados para mojar, dispersar o disolver partículas y polvos en líquidos. Los ultrasonidos de alto rendimiento crean fuerzas de cizallamiento intensas, que rompen y hacen añicos los agregados, los aglomerados y las partículas primarias hasta alcanzar un tamaño microscópico o nano. El procesamiento uniforme de las partículas en el campo de la cavitación acústica da como resultado una distribución de partículas estrecha y una superficie de partículas uniforme.

Desintegradores ultrasónicos y sus aplicaciones

Los desintegradores ultrasónicos generan intensas fuerzas de cizallamiento, que crean el impacto necesario en los sólidos, como partículas, cristales y fibras, para desbaratarlos y descomponerlos hasta un tamaño determinado, por ejemplo, de micrones o nanotamaño. Cuando se comparan con métodos de desintegración alternativos como los mezcladores de cuchillas de alto cizallamiento, los homogeneizadores de alta presión, los molinos de perlas, los microfluidificadores, etc., los desintegradores ultrasónicos ofrecen algunas ventajas importantes.

Ventajas de los desintegradores ultrasónicos

  • Cavitación y cizallamiento de alta intensidad
  • Procesamiento uniforme de partículas
  • concentraciones de sólidos elevadas
  • No hay boquillas / no hay atascos
  • No se requiere un medio de molienda (es decir, cuentas)
  • escalabilidad lineal
  • Fácil & operación segura
  • Fácil de limpiar
  • Tiempo- & Eficiencia energética

El principio de funcionamiento de los desintegradores de tipo sonda ultrasónica se basa en la generación de cavitación acústica. A través de la sonda ultrasónica, se transmiten ondas ultrasónicas de alta intensidad al medio de proceso (es decir, al líquido o al purín). Las ondas de ultrasonido viajan a través del líquido, allí donde crean ciclos alternados de alta y baja presión. Durante los ciclos de baja presión se producen diminutas burbujas de vacío, las llamadas burbujas de cavitación. Estas burbujas de cavitación crecen a lo largo de varios ciclos de presión hasta que alcanzan un tamaño en el que no pueden absorber más energía. En este punto, las burbujas de cavitación implosionan violentamente y crean localmente condiciones extremas como temperaturas muy altas, presiones, diferencias de temperatura y presión extremas (debido a las altas tasas de calentamiento/enfriamiento y a las fluctuaciones de presión), micro turbulencias y corrientes de líquido con velocidades de hasta 180m/s. Esas condiciones muestran importantes efectos mecánicos en las partículas del medio, ya que las corrientes líquidas de alta velocidad aceleran las partículas del medio para que éstas colisionen. Mediante la colisión entre partículas, la materia sólida (por ejemplo, partículas, fibras, células) se erosiona, se rompe y se fragmenta en trozos de tamaño micrónico y nanométrico.
Las altas turbulencias creadas por la ultrasonificación aumentan la transferencia de masa entre las fases y promueven así la disolución de los polvos o las reacciones químicas heterogéneas. Esto hace que los desintegradores ultrasónicos sean la herramienta preferida para intensificar procesos como la molienda, la dispersión, la emulsificación y la disolución.

Ultrasonic disintegrators installed as cluster of 7x UIP1000hdT (7x 1kW)

7x desintegradores ultrasónicos UIP1000hdT (7x 1kW de potencia ultrasónica) instalado como cluster

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Lea más sobre la intensificación ultrasónica de las reacciones químicas (sonoquímica)!

Aplicaciones de los desintegradores ultrasónicos

  • Pulverizar & Pulverizar
  • desaglomeración & dispersión
  • Emulsificar
  • Disolución de polvos
  • Mejorar la transferencia de masa
  • reacciones sonoquímicas

Desintegradores ultrasónicos para la reducción del tamaño de las partículas

Los desintegradores ultrasónicos se utilizan para la reducción del tamaño de las partículas y la distribución de las mismas, ya sea que se trate de una verdadera trituración de las partículas primarias (denominada molienda) o de la rotura de los aglomerados (denominada desagregación/dispersión).

Fresado ultrasónico de Mg2Si.

Distribución del tamaño de las partículas e imágenes SEM de Mg2Si antes y después de la molienda ultrasónica (UM). a) Distribución del tamaño de las partículas; b) Imagen SEM antes de la molienda ultrasónica; c) Imagen SEM después de la molienda ultrasónica en 50% PVP-50% EtOH durante 2 h.
fuente: Márquez-García et al. 2015.

Desintegradores ultrasónicos para molienda & Pulverizar

La cavitación generada por ultrasonido crea intensas fuerzas de corte y por lo tanto una colisión interparticular relacionada. Los sólidos de la lechada actúan como medio de molienda (comparable a las cuentas o perlas en un molino de perlas): Son acelerados por las corrientes líquidas cavitacionales, que fácilmente alcanzan velocidades de hasta 180m/s. Cuando las partículas se golpean entre sí con tal enorme velocidad, se rompen y se fragmentan en fragmentos de tamaño micrónico y nanométrico. Los desintegradores ultrasónicos pueden incluso romper las partículas primarias. Los reactores de células de flujo ultrasónico aseguran el tratamiento uniforme de todas las partículas, de modo que la molienda ultrasónica resulta en una distribución de tamaño de partícula estrecha.
Haga clic aquí para aprender más sobre el fresado ultrasónico!

Desintegradores ultrasónicos para la desagregación & dispersión

Los parámetros de los procesos ultrasónicos pueden ser controlados con mucha precisión, de modo que los desintegradores ultrasónicos pueden moler las partículas primarias cuando se aplican altas amplitudes y elevadas presiones. Por otra parte, los sistemas de desintegración ultrasónica también pueden funcionar a menor amplitud y en condiciones más suaves, de modo que la estructura y la superficie de las partículas permanezcan intactas, pero los aglomerados se rompan y las partículas individuales se distribuyan uniformemente en el purín.
Haga clic aquí para aprender más sobre la desagregación y la dispersión ultrasónica.

Desintegradores ultrasónicos para la emulsificación

Cuando dos líquidos inmiscibles (por ejemplo, agua y aceite) son sonicados, la cavitación ultrasónica interrumpe las gotas – produciendo gotas muy pequeñas de las dos fases inmiscibles, que luego se mezclan entre sí. Como los desintegradores ultrasónicos producen fácilmente gotitas de tamaño nano, las emulsiones ultrasónicas estabilizadas muestran una estabilidad a largo plazo y un claro aspecto transparente.
Haga clic aquí para leer más sobre la nanoemulsificación ultrasónica.

Desintegradores ultrasónicos para la disolución

Los desintegradores ultrasónicos se utilizan para disolver polvo y pastillas en un procedimiento rápido, fácil y seguro. La cavitación generada por ultrasonidos erosiona la superficie de los sólidos y transporta los fragmentos erosionados al líquido produciendo así una solución homogénea.
En la industria farmacéutica, la disolución de tabletas es una tarea diaria, por ejemplo, con fines analíticos. Cuando las tabletas se exponen a un medio acuoso, la tableta se disuelve lentamente en un proceso que requiere mucho tiempo. Incluso con el uso de un agitador común o un agitador de cuchilla, la disolución completa de las tabletas sigue llevando mucho tiempo. La cavitación ultrasónica y sus fuerzas de cizallamiento extraordinariamente intensas separan las partículas de la tableta y las transportan al diluyente, manteniendo así la transferencia de masa entre la superficie de la tableta y el diluyente fresco e insaturado en continuo progreso. Esto hace que la disolución ultrasónica sea un proceso extremadamente rápido y eficiente, que ayuda a acelerar la disolución de la droga.
Haga clic aquí para leer más sobre la disolución ultrasónica.

La disolución ultrasónica de los bebés de gelatina en el agua con Desintegrador ultrasónico UP200St

¿Cómo funciona un desintegrador mecánico?

Los desintegradores de laboratorio de ultrasonidos utilizan el mismo principio mecánico que los desintegradores industriales. Los sistemas de mezcla de los desintegradores desintegran los aglomerados y agregados, solubilizan la materia sólida o dispersan las partículas sólidas en mezclas líquidas. La desintegración ultrasónica incorpora una sonda ultrasónica de alta intensidad en un tanque de lotes o en un reactor de células de flujo en línea. La sonda (sonotrodo) del desintegrador ultrasónico vibra en el líquido a una frecuencia muy alta y crea una intensa cavitación ultrasónica en el líquido. Cada colapso de la burbuja de cavitación resulta en poderosas fuerzas de cizallamiento, que rompen los aglomerados, los agregados e incluso las partículas primarias. Además, la cavitación ultrasónica produce una corriente cavitacional de alta velocidad de hasta 1000km/h. Los chorros de líquido cavitacional inciden en los aglomerados de partículas, rompen las paredes de las células, mejoran la transferencia de material dentro de la lechada y dispersan los sólidos por todo el volumen de líquido. En el campo de la cavitación ultrasónica, las presiones alternan rápida y repetidamente entre el vacío y hasta 1000bar. Un mezclador rotativo con 4 palas mezcladoras necesitaría funcionar a la asombrosa velocidad de 300.000 RPM para lograr la misma frecuencia de ciclos de presión alternados. Las mezcladoras rotativas convencionales y las mezcladoras de rotor-estator no crean una cantidad significativa de cavitación debido a su limitación en la velocidad.

¿Interesado en la síntesis de las nanopartículas de abajo hacia arriba? – Haga clic aquí para leer más!

Ultrasonido UP200St (200W) dispersando negro de humo en el agua usando 1%wt de Tween80 como surfactante


Ultrasonic disintegration is highly effective to mill, disperse or dissolve particles

Desintegrador ultrasónico UIP2000hdT para las dispersiones de partículas en el reactor de acero inoxidable

Desintegradores ultrasónicos de laboratorio

Nuestros novedosos dispositivos de ultrasonidos de 200 W para el laboratorio UP200St y UP200Ht son unos potentes aparatos para homogeneizar, emulsificar, dispersar, desaglomerar, moler, & pulverizar, extraer, lisar, fragmentar, desgasificar, nebulizar y emplear en procesos sonoquímicos.Los dispositivos ultrasónicos de tipo sonda son una herramienta muy útil en todos los laboratorios. Una sonda ultrasónica (también conocida como sonotrodo) es una varilla de titanio de geometría simple y fácil de limpiar que acopla las vibraciones ultrasónicas en un líquido. Hielscher fabrica sondas y puntas de ultrasonidos en una amplia gama de tamaños. Para la desintegración más común de sólidos en el laboratorio, las sondas ultrasónicas de 3, 7, 14 o 22 mm de diámetro de punta son muy útiles. Hay disponibles otros tamaños de sonda y sondas ultrasónicas de tamaño personalizado. Los dispositivos ultrasónicos típicos para la desintegración en el laboratorio oscilan entre 100 y 400 vatios de potencia ultrasónica.

Desintegradores ultrasónicos industriales

Célula de flujo UIP4000hdT para sonicación en línea a escala industrialLos desintegradores industriales Hielscher son procesadores ultrasónicos de alta potencia diseñados para la desintegración continua de grandes corrientes de lodo. Estos sistemas industriales pueden manejar fácilmente altas concentraciones de sólidos. Las sondas de ultrasonidos industriales están equipadas con una brida que puede ser montada en tanques de acero, reactores de vidrio o contenedores de plástico en cualquier orientación. Presurizando el recipiente de sonicación o la celda de flujo se intensifica la cavitación acústica y por lo tanto el proceso de sonicación. El equipo típico de desintegración industrial por ultrasonido varía entre 1000 y 16.000 vatios de potencia ultrasónica por sonotrodo.

Industrias, donde la desintegración ultrasónica se encuentra ampliamente:

  • Dispersar, disolver, mezclar las formulaciones sólidas y líquidas
  • La ciencia de los materiales
  • Preparación de la muestra antes del análisis
  • Aplicaciones de las nanopartículas
  • funcionalización de partículas
  • Reacciones de transferencia de fase
  • Cristalización / Precipitación
  • Procesamiento de alimentos
  • Industria papelera
  • La digestión de la biomasa

¿Cómo comprar el desintegrador ultrasónico adecuado?

Hielscher Ultrasonics es un experimentado fabricante de desintegradores ultrasónicos de alto rendimiento, que se utilizan para dispersar y romper partículas o para disolver polvos en líquidos. Como líder del mercado, Hielscher diseña, fabrica y distribuye desintegradores y homogeneizadores ultrasónicos desde el laboratorio y la mesa de trabajo hasta la escala industrial completa.

Le ayudamos a responder a las siguientes preguntas para encontrar el desintegrador ultrasónico más adecuado para su aplicación y necesidades:

  • ¿Cuál es su aplicación objetivo?
  • ¿Cuál es el volumen típico que debe ser procesado?
  • ¿Cuáles son los factores críticos del proceso?
  • ¿Cuáles son las normas de calidad que deben cumplirse?

Nuestro personal bien entrenado y experimentado le ayudará con cualquier pregunta y la concepción de su proceso. Hielscher Ultrasonics ofrece un asesoramiento profundo sobre los procesos ultrasónicos para ayudar a nuestros clientes a encontrar el dispositivo ultrasónico óptimo. Pero el servicio de Hielscher no termina aquí, entrenamos a los clientes ya sea en sus instalaciones o en nuestro laboratorio de procesos ultrasónicos y centro técnico para ayudarles durante el desarrollo, optimización y escalado de los procesos.
Hielscher Ultrasonics’ Los procesadores industriales de ultrasonidos entregan fácilmente amplitudes muy altas, que se requieren para romper partículas duras y aglomerados o para procesar lodos con una alta concentración de sólidos. Los desintegradores industriales de Hielscher pueden funcionar con amplitudes de hasta 200µm continuamente en funcionamiento 24/7. Para amplitudes aún mayores, se dispone de sonotrodos ultrasónicos personalizados. Otros accesorios como bocinas de refuerzo, células de flujo, reactores de sonicación y configuraciones completas de recirculación están disponibles y permiten configurar el sistema ultrasónico especificado según los requisitos del proceso.

Sofisticados desintegradores ultrasónicos

Control preciso de los parámetros del proceso ultrasónico por Hielscher Ultrasonics' software inteligenteHielscher Ultrasonics se centra en desintegradores de alto rendimiento con la mayor facilidad de uso y los últimos avances técnicos. Esto significa que los estándares de los desintegradores de laboratorio de Hielscher se adaptan cada vez más a la inteligencia de la maquinaria industrial. El usuario puede controlar los ultrasonidos digitales de Hielscher a través del control remoto de un navegador. El software de registro automático de datos escribe todos los parámetros ultrasónicos importantes como la potencia neta, la potencia total, la amplitud, la temperatura, la presión, la hora y la fecha como archivo CSV en una tarjeta SD incorporada. Además, el desintegrador ultrasónico puede programarse para que se apague automáticamente después de un tiempo determinado o una entrada de energía específica o programar modos de sonicación pulsante. Los sensores de temperatura y presión enchufables permiten rastrear las condiciones de la muestra cuidadosamente. Dado que el control de la temperatura de los materiales sensibles al calor es un factor crucial para la calidad de los resultados del proceso, Hielscher ofrece varias soluciones para mantener la temperatura del proceso en el rango de temperatura objetivo.
Las sofisticadas funciones de los ultrasonidos de Hielscher aseguran el máximo control del proceso, resultados de sonicación fiables y reproducibles, facilidad de uso y comodidad de trabajo.
Hielscher Ultrasonics’ los procesadores industriales de ultrasonido pueden entregar amplitudes muy altas. Amplitudes de hasta 200µm pueden ser fácilmente operadas continuamente en operación 24/7. Para amplitudes aún mayores, hay disponibles sonotrodos ultrasónicos personalizados. La capacidad de operar a tan altas amplitudes permite a nuestros clientes moler partículas primarias de forma eficaz hasta un tamaño nanométrico. La robustez del equipo de ultrasonido de Hielscher permite una operación 24/7 en ambientes de trabajo pesado y exigentes.

calidad – Hecho en Alemania

Como empresa familiar, Hielscher se enorgullece de la alta calidad de sus procesadores ultrasónicos. Todos los ultrasonidos se diseñan, fabrican y prueban en nuestra sede en Teltow, cerca de Berlín, Alemania. La robustez de los equipos de ultrasonidos de Hielscher permite un funcionamiento 24/7 en entornos exigentes y de gran rendimiento.

Puedes comprar desintegradores ultrasónicos Hielscher en todos los tamaños diferentes y el rango de precios ofrece un ultrasonido asequible que se ajusta a tu presupuesto. Desde la desintegración de partículas en pequeños frascos de laboratorio hasta la desintegración en flujo continuo de lodos en la producción industrial, Hielscher Ultrasonics tiene un desintegrador adecuado para usted! Por favor, contáctenos – estamos encantados de recomendarle el ultrasonido más adecuado!
En la siguiente tabla encontrará algunas indicaciones sobre la capacidad de procesamiento aproximada de nuestros sonicadores:

Volumen del lote Tasa de flujo Dispositivos recomendados
1 a 500 mL 10 a 200 mL/min. UP100H
10 a 2000 mL 20 a 400 mL/min. UP200Ht, UP400St
0,1 a 20 L 0,2 a 4 L/min UIP2000hdT
10 a 100 L 2 a 10 L/min UIP4000hdT
n.a. 10 a 100 L/min UIP16000
n.a. mayor Grupo de UIP16000

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Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrasónicos de alto rendimiento para dispersión, emulsificación y extracción celular.

Homogeneizadores ultrasónicos de alta potencia de laboratorio a piloto y Uso industrial escala.

Literatura / Referencias