Desintegración ultrasónica: humectación, disolución y dispersión
Los integradores ultrasónicos se utilizan ampliamente para humectar, dispersar o disolver partículas y polvos en líquidos. Los ultrasonicadores de alto rendimiento generan intensas fuerzas de cizallamiento que rompen y fragmentan agregados, aglomerados y partículas primarias hasta tamaños microscópicos o nanométricos. El procesamiento uniforme de las partículas en el campo de cavitación acústica da lugar a una distribución estrecha de tamaños de partícula y a una superficie uniforme de las partículas.
Desintegradores ultrasónicos y sus aplicaciones
Los desintegradores ultrasónicos generan intensas fuerzas de cizallamiento que ejercen el impacto necesario sobre sólidos como partículas, cristales y fibras para romperlos y reducirlos al tamaño deseado, por ejemplo, micrométrico o nanométrico. En comparación con otros métodos de desintegración, como los mezcladores de palas de alto cizallamiento, los homogeneizadores de alta presión, los molinos de perlas, los microfluidizadores, etc., los desintegradores ultrasónicos ofrecen importantes ventajas.
Ventajas de los desintegradores ultrasónicos
- Cavitación y cizallamiento de alta intensidad
- Procesamiento uniforme de las partículas
- Altas concentraciones de sólidos
- Sin boquillas / sin obstrucciones
- No requieren medios de molienda (p. ej., perlas)
- Escalabilidad lineal
- Funcionamiento sencillo y seguro
- Fáciles de limpiar
- Eficiencia en tiempo y energía
Reactores ultrasónicos de flujo continuo para la producción industrial en línea de suspensiones de nanopartículas.
Las intensas turbulencias generadas por la ultrasonicación aumentan la transferencia de masa entre fases y favorecen así la disolución de polvos o las reacciones químicas heterogéneas. Esto convierte a los desintegradores ultrasónicos en la herramienta preferida para intensificar procesos como la molienda, la dispersión, la emulsificación y la disolución.
Aplicaciones de los desintegradores ultrasónicos
- Molienda y trituración
- Desaglomeración y dispersión
- Emulsificación
- Disolución de polvos
- Mejora de la transferencia de masa
- Reacciones sonoquímicas
Desintegradores ultrasónicos para la reducción del tamaño de partícula
Los desintegradores ultrasónicos se utilizan para reducir el tamaño de partícula y distribuir las partículas, ya sea mediante la fragmentación efectiva de partículas primarias (denominada molienda) o mediante la ruptura de aglomerados (denominada desaglomeración / dispersión).
Distribución de tamaños de partícula e imágenes de microscopía electrónica de barrido (SEM) de Mg2Si antes y después de la molienda ultrasónica (UM). (a) Distribución de tamaños de partícula; (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: Marquez-Garcia et al. 2015
Desintegradores ultrasónicos para molienda y trituración
La cavitación generada por ultrasonidos produce intensas fuerzas de cizallamiento y las consiguientes colisiones entre partículas. Los sólidos de la suspensión actúan como medio de molienda (de forma comparable a las perlas de un molino de perlas): las corrientes de líquido generadas por la cavitación los aceleran y alcanzan fácilmente velocidades de hasta 180 m/s. Cuando las partículas chocan entre sí a velocidades tan elevadas, se rompen y se fragmentan en partes de tamaño micrométrico y nanométrico. Los desintegradores ultrasónicos pueden romper incluso partículas primarias. Los reactores ultrasónicos de celda de flujo garantizan el tratamiento uniforme de todas las partículas, de modo que la molienda ultrasónica da lugar a una distribución estrecha de tamaños de partícula.
¡Haga clic aquí para obtener más información sobre la molienda ultrasónica!
Desintegradores ultrasónicos para desaglomeración y dispersión
Los parámetros del proceso ultrasónico pueden controlarse con gran precisión, de modo que los desintegradores ultrasónicos pueden moler partículas primarias cuando se aplican amplitudes altas y una presión elevada. Por otra parte, los sistemas de desintegración ultrasónica también pueden funcionar con amplitudes más bajas y condiciones más suaves, de modo que la estructura y la superficie de las partículas permanecen intactas, mientras que los aglomerados se rompen y las partículas individuales se distribuyen uniformemente en la suspensión.
¡Haga clic aquí para obtener más información sobre la desaglomeración y la dispersión ultrasónicas!
Desintegradores ultrasónicos para emulsificación
Cuando se someten a sonicación dos líquidos inmiscibles (p. ej., agua y aceite), la cavitación ultrasónica rompe las gotas y produce gotas muy pequeñas de las dos fases inmiscibles, que después se mezclan entre sí. Como los desintegradores ultrasónicos producen fácilmente gotas de tamaño nanométrico, las emulsiones ultrasónicas estabilizadas presentan estabilidad a largo plazo y un aspecto claro y transparente.
¡Haga clic aquí para obtener más información sobre la nanoemulsificación ultrasónica!
Desintegradores ultrasónicos para disolución
Los desintegradores ultrasónicos se utilizan para disolver polvos y comprimidos mediante un procedimiento rápido, sencillo 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 comprimidos es una tarea cotidiana, por ejemplo, con fines analíticos. Cuando los comprimidos se exponen a un entorno acuoso, se disuelven lentamente en un proceso que requiere mucho tiempo. Incluso utilizando un agitador convencional o un agitador de palas, la disolución completa de los comprimidos sigue requiriendo mucho tiempo. La cavitación ultrasónica y sus fuerzas de cizallamiento extraordinariamente intensas desprenden las partículas del comprimido y las transportan al diluyente, manteniendo así una transferencia de masa continua entre la superficie del comprimido y el diluyente fresco y no saturado. Esto hace que la disolución ultrasónica sea un proceso extremadamente rápido y eficiente, que ayuda a acelerar la disolución de fármacos.
¡Haga clic aquí para obtener más información sobre la disolución ultrasónica!
¿Cómo funciona un desintegrador mecánico?
Los desintegradores ultrasónicos de laboratorio utilizan el mismo principio mecánico que los desintegradores industriales. Los sistemas de mezcla con desintegradores desintegran aglomerados y agregados, solubilizan materia sólida o dispersan partículas sólidas en mezclas líquidas. La desintegración ultrasónica incorpora una sonda ultrasónica de alta intensidad en un tanque de procesamiento por lotes o en un reactor de celda de flujo en línea. La sonda (sonotrodo) del desintegrador ultrasónico vibra en el líquido a una frecuencia muy alta y genera una intensa cavitación ultrasónica en él. Cada colapso de una burbuja de cavitación produce potentes fuerzas de cizallamiento que rompen aglomerados, agregados e incluso partículas primarias. Además, la cavitación ultrasónica produce corrientes de cavitación de alta velocidad, de hasta 1000 km/h. Los chorros de líquido generados por la cavitación impactan contra los aglomerados de partículas, rompen las paredes celulares, mejoran la transferencia de materia dentro de la suspensión y dispersan los sólidos por todo el volumen del líquido. En el campo de cavitación ultrasónica, las presiones alternan rápida y repetidamente entre el vacío y valores de hasta 1000 bar. Un mezclador rotativo con 4 palas mezcladoras tendría que funcionar a la extraordinaria velocidad de 300.000 RPM para alcanzar la misma frecuencia de ciclos alternos de presión. Los mezcladores rotativos convencionales y los mezcladores de rotor-estátor no generan una cantidad significativa de cavitación debido a su limitación de velocidad.
Desintegrador ultrasónico UIP2000hdT para dispersiones de partículas en un reactor de acero inoxidable
Desintegradores ultrasónicos de laboratorio
Los equipos ultrasónicos de sonda son una herramienta muy útil en cualquier laboratorio. Una sonda ultrasónica (también conocida como sonotrodo) es una varilla de titanio de geometría sencilla y fácil de limpiar que acopla vibraciones ultrasónicas a un líquido. Hielscher fabrica sondas y puntas ultrasónicas en una amplia variedad de tamaños. Para las tareas más habituales de desintegración de sólidos en el laboratorio, resultan muy útiles las sondas ultrasónicas con diámetros de punta de 3, 7, 14 o 22 mm. También hay disponibles sondas de otros tamaños y sondas ultrasónicas de dimensiones personalizadas. Los equipos ultrasónicos habituales para la desintegración en el laboratorio tienen una potencia ultrasónica de entre 100 y 400 vatios.
Desintegradores ultrasónicos industriales
Los desintegradores industriales de Hielscher son procesadores ultrasónicos de alta potencia diseñados para la desintegración continua en servicio intensivo de grandes corrientes de suspensiones. Estos sistemas industriales pueden procesar fácilmente altas concentraciones de sólidos. Las sondas ultrasónicas industriales están equipadas con una brida que puede montarse en tanques de acero, reactores de vidrio o recipientes de plástico en cualquier orientación. La presurización del recipiente de sonicación o de la celda de flujo intensifica la cavitación acústica y, por tanto, el proceso de sonicación. Los equipos ultrasónicos habituales de desintegración industrial tienen una potencia ultrasónica de entre 1000 y 16.000 vatios por sonotrodo.
Sectores en los que la desintegración ultrasónica se utiliza ampliamente:
- Dispersión, disolución y mezcla de formulaciones sólido/líquido
- Ciencia de los materiales
- Preparación de muestras antes del análisis
- Aplicaciones de nanopartículas
- Funcionalización de partículas
- Reacciones de transferencia de fase
- Cristalización / precipitación
- Procesamiento de alimentos
- Industria papelera
- Digestión de biomasa
¿Cómo comprar el desintegrador ultrasónico adecuado?
Hielscher Ultrasonics es un fabricante con amplia experiencia en 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 equipos de laboratorio y de sobremesa hasta sistemas a plena escala industrial.
Le ayudamos a responder las siguientes preguntas para encontrar el desintegrador ultrasónico más adecuado para su aplicación y sus necesidades:
- ¿Para qué aplicación lo necesita?
- ¿Cuál es el volumen habitual que debe procesarse?
- ¿Cuáles son los factores críticos del proceso?
- ¿Qué estándares de calidad deben alcanzarse?
Nuestro personal cualificado y experimentado le ayudará con cualquier consulta y con el diseño de su proceso. Hielscher Ultrasonics ofrece asesoramiento exhaustivo sobre procesos ultrasónicos para ayudar a nuestros clientes a encontrar el equipo ultrasónico óptimo. Pero el servicio de Hielscher no termina ahí: formamos a los clientes en sus propias instalaciones o en nuestro laboratorio de procesos ultrasónicos y centro técnico para ayudarles durante el desarrollo, la optimización y el escalado del proceso.
Los procesadores ultrasónicos industriales de Hielscher Ultrasonics proporcionan fácilmente amplitudes muy altas, necesarias para romper partículas duras y aglomerados o para procesar suspensiones con una alta concentración de sólidos. Los desintegradores industriales de Hielscher pueden funcionar con amplitudes de hasta 200 µm de forma continua en régimen 24/7. Para amplitudes aún mayores, hay disponibles sonotrodos ultrasónicos personalizados. También hay disponibles otros accesorios, como amplificadores mecánicos de amplitud, celdas de flujo, reactores de sonicación y sistemas completos de recirculación, que permiten configurar su sistema ultrasónico de acuerdo con los requisitos de su proceso.
Desintegradores y disolvedores ultrasónicos avanzados
Hielscher Ultrasonics se centra en desintegradores de alto rendimiento con la máxima facilidad de uso y avances técnicos de última generación. Esto significa que las prestaciones de los desintegradores de laboratorio de Hielscher se acercan cada vez más a la inteligencia de la maquinaria industrial. El usuario puede controlar los ultrasonicadores digitales de Hielscher de forma remota a través de un navegador. El software de registro automático de datos guarda todos los parámetros ultrasónicos importantes, como la potencia neta, la potencia total, la amplitud, la temperatura, la presión, la hora y la fecha, en un archivo CSV en una tarjeta SD integrada. Además, el desintegrador ultrasónico puede programarse para apagarse automáticamente tras un tiempo determinado o un aporte de energía específico, o para funcionar en modos de sonicación pulsada. Los sensores enchufables de temperatura y presión permiten supervisar cuidadosamente las condiciones de la muestra. Dado que el control de la temperatura de los materiales termosensibles es un factor crucial para la calidad de los resultados del proceso, Hielscher ofrece diversas soluciones para mantener la temperatura del proceso dentro del intervalo deseado.
Las funciones avanzadas de los ultrasonicadores de Hielscher garantizan el máximo control del proceso, resultados de sonicación fiables y reproducibles, facilidad de uso y comodidad de trabajo.
Los procesadores ultrasónicos industriales de Hielscher Ultrasonics pueden proporcionar amplitudes muy altas. Se puede trabajar fácilmente con amplitudes de hasta 200 µm de forma continua en régimen 24/7. Para amplitudes aún mayores, hay disponibles sonotrodos ultrasónicos personalizados. La capacidad de trabajar con amplitudes tan altas permite a nuestros clientes moler eficazmente partículas primarias hasta tamaños nanométricos. La robustez de los equipos ultrasónicos de Hielscher permite el funcionamiento 24/7 en servicio intensivo y en entornos exigentes.
¡Obtenga más información sobre la disolución ultrasónica y los disolvedores ultrasónicos!
Calidad – Fabricado en Alemania
Como empresa de propiedad y gestión familiar, Hielscher se enorgullece de la alta calidad de sus procesadores ultrasónicos. Todos los ultrasonicadores se diseñan, fabrican y prueban en nuestra sede de Teltow, cerca de Berlín, Alemania. La robustez de los equipos ultrasónicos de Hielscher permite el funcionamiento 24/7 en servicio intensivo y en entornos exigentes.
Puede comprar desintegradores ultrasónicos de Hielscher de todos los tamaños, y la gama de precios ofrece un ultrasonicador asequible que se ajusta a su presupuesto. Desde la desintegración de partículas en pequeños viales de laboratorio hasta la desintegración de suspensiones en flujo continuo en la producción industrial, ¡Hielscher Ultrasonics tiene el desintegrador adecuado para usted! Póngase en contacto con nosotros – ¡estaremos encantados de recomendarle el ultrasonicador más adecuado!
La siguiente tabla ofrece una orientación sobre la capacidad aproximada de procesamiento de nuestros ultrasonicadores:
| Volumen del lote | Caudal | Equipos 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 | conjunto de UIP16000 |
¡Contacte con nosotros! / ¡Consúltenos!
Homogeneizadores ultrasónicos de alta potencia desde la escala de laboratorio hasta la escala piloto e industrial .
Bibliografía / referencias
- Pohl M.; Schubert H. (2004): Dispersion and deagglomeration of nanoparticles in aqueous solutions. International Congress for Particle Technology PARTEC 2004; Nuremberg, Germany.
- Thomas Leong, Muthupandian Ashokkumar, Sandra Kentish(2011): The Fundamentals of Power Ultrasound. – A Review. Acoustics Australia, 54 – Vol. 39 August 2011.
- Karl A. Kusters, Sotiris E. Pratsinis, Steven G. Thoma, Douglas M. Smith (1994): Energy-size reduction laws for ultrasonic fragmentation. Powder Technology, Volume 80, Issue 3, September 1994. 253-263.
- Renata Tomczak-Wandzel, Svetlana Ofverstrom, Regimantas Dauknys, Krystyna Mędrzycka (2011): Effect of Disintegration Pretreatment of Sewage Sludge for Enhanced Anaerobic Digestion. ENVIRONMENTAL ENGINEERING The 8th International Conference May 19–20, 2011, Vilnius, Lithuania.