Desintegración ultrasónica: Humectación, Disolución, Dispersión

Los integradores ultrasónicos se utilizan ampliamente para humedecer, dispersar o disolver partículas y polvos en líquidos. Los ultrasonidos de alto rendimiento crean intensas fuerzas de cizallamiento que rompen y fragmentan agregados, aglomerados y partículas primarias hasta alcanzar un tamaño microscópico o nanométrico. El procesamiento uniforme de las partículas en el campo de cavitación acústica da como resultado una distribución estrecha de las partículas y una superficie uniforme de las mismas.

Desintegradores ultrasónicos y sus aplicaciones

Los desintegradores ultrasónicos proporcionan fuerzas de cizallamiento intensas, que crean el impacto necesario en sólidos como partículas, cristales y fibras para desintegrarlos y romperlos hasta un tamaño determinado, por ejemplo, micras o nanómetros. En comparación con otros métodos de desintegración, como los mezcladores de cuchillas de alto cizallamiento, los homogeneizadores de alta presión, los molinos de bolas, los microfluidizadores, etc., los desintegradores ultrasónicos ofrecen algunas ventajas importantes.

Ventajas de los desintegradores ultrasónicos

  • Cavitación y cizallamiento de alta intensidad
  • Procesado uniforme de partículas
  • Altas concentraciones de sólidos
  • Sin boquillas / sin atascos
  • No requiere ningún medio de molienda (por ejemplo, perlas)
  • escalabilidad lineal
  • Fácil & funcionamiento seguro
  • Fácil de limpiar
  • Tiempo- & Eficiencia energética

 

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La molienda y dispersión por ultrasonidos es un método eficaz para producir lechadas uniformes de nanopartículas.

Reactores ultrasónicos de flujo continuo para la producción industrial en línea de lodos de nanopartículas.

El principio de funcionamiento de los desintegradores por 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, líquido o lodo). Las ondas ultrasónicas viajan a través del líquido, donde crean ciclos alternos de alta y baja presión. Durante los ciclos de baja presión se producen diminutas burbujas de vacío, denominadas burbujas de cavitación. Estas burbujas de cavitación crecen a lo largo de varios ciclos de presión hasta que alcanzan un tamaño en el que ya no pueden absorber más energía. En ese momento, las burbujas de cavitación implosionan violentamente y crean localmente condiciones extremas, como temperaturas y presiones muy elevadas, diferencias extremas de temperatura y presión (debido a las altas velocidades de calentamiento/enfriamiento y a las fluctuaciones de presión), microturbulencias y corrientes de líquido con velocidades de hasta 180 m/s. Estas condiciones tienen efectos mecánicos significativos en las partículas del medio, ya que las corrientes líquidas de alta velocidad aceleran las partículas del medio de modo que éstas colisionan. Por colisión entre partículas, la materia sólida (por ejemplo, partículas, fibras, células) se erosiona, se rompe y se fragmenta en trozos de tamaño micrométrico y nanométrico.
Las altas turbulencias creadas 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.

Más información sobre la intensificación ultrasónica de las reacciones químicas (sonoquímica).

Aplicaciones de los desintegradores ultrasónicos

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

Desintegradores ultrasónicos para reducir el tamaño de las partículas

Los desintegradores ultrasónicos se utilizan para la reducción del tamaño de las partículas y la distribución de las mismas, ya se trate de la trituración real de partículas primarias (denominada molienda) o de la rotura de aglomerados (denominada desaglomeración / dispersión).

Los ultrasonidos se utilizan para moler y triturar partículas. Este gráfico muestra la eficaz molienda por ultrasonidos 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 fresado & Pulverizar

La cavitación generada por ultrasonidos crea intensas fuerzas de cizallamiento y, por tanto, la colisión interparticular correspondiente. Los sólidos del lodo actúan como medio de molturación (comparable a las perlas de un molino de perlas): Se ven acelerados por las corrientes de líquido cavitacional, que alcanzan fácilmente velocidades de hasta 180 m/s. Cuando las partículas chocan entre sí a tan enorme velocidad, se rompen y fragmentan en fragmentos de tamaño micrométrico y nanométrico. Los desintegradores ultrasónicos pueden incluso romper partículas primarias. Los reactores de célula de flujo ultrasónico garantizan el tratamiento uniforme de todas las partículas, de modo que la molienda por ultrasonidos da como resultado una estrecha distribución del tamaño de las partículas.
Haga clic aquí para obtener más información sobre el fresado por ultrasonidos.

Desintegradores ultrasónicos para la desaglomeración & 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 elevadas y una presión elevada. Por otro lado, los sistemas de desintegración por ultrasonidos también pueden funcionar con amplitudes más bajas y condiciones más suaves, de modo que la estructura y la superficie de las partículas permanecen intactas, pero los aglomerados se rompen y las partículas individuales se distribuyen uniformemente en el lodo.
Haga clic aquí para obtener más información sobre la desaglomeración y dispersión por ultrasonidos.

Dispersión ultrasónica de sílice pirógena: El homogeneizador ultrasónico UP400S de Hielscher dispersa el polvo de sílice de forma rápida y eficiente en nano partículas individuales.

Dispersión de sílice pirogénica en agua con el UP400S

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Desintegradores ultrasónicos para emulsificación

Al sonicar dos líquidos inmiscibles (por ejemplo, agua y aceite), la cavitación ultrasónica desintegra las gotitas – produciendo gotitas muy pequeñas de las dos fases inmiscibles, que luego se mezclan. Como los desintegradores ultrasónicos producen fácilmente gotitas de tamaño nanométrico, las emulsiones ultrasónicas estabilizadas presentan una estabilidad a largo plazo y un aspecto claro y transparente.
Haga clic aquí para saber más sobre la nanoemulsificación ultrasónica.

Desintegradores ultrasónicos para disolver

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 medio acuoso, se disuelven lentamente en un proceso que lleva mucho tiempo. Incluso con el uso de un agitador común o un agitador de cuchillas, la disolución completa de los comprimidos sigue llevando mucho tiempo. La cavitación ultrasónica y sus fuerzas de cizallamiento extraordinariamente intensas desprenden las partículas del comprimido y las transportan al diluyente, manteniendo así la transferencia de masa entre la superficie del comprimido y el diluyente fresco e insaturado en continuo progreso. Esto hace que la disolución ultrasónica sea un proceso extremadamente rápido y eficaz, que ayuda a acelerar la disolución del fármaco.
Haga clic aquí para saber más sobre la disolución por ultrasonidos.

La disolución es una de las muchas aplicaciones potentes de los ultrasonidos. El vídeo muestra la rápida disolución de Jellybabies en agua utilizando el Hielscher UP200St.

Disolución ultrasónica de gominolas en agua con el desintegrador ultrasónico UP200St

Vídeo en miniatura

¿Cómo funciona un desintegrador mecánico?

Los desintegradores ultrasónicos de laboratorio utilizan el mismo principio mecánico que los desintegradores industriales. Los sistemas mezcladores 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 discontinuo o en un reactor de célula 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 las burbujas de cavitación da lugar a potentes fuerzas de cizallamiento, que rompen aglomerados, agregados e incluso partículas primarias. Además, la cavitación ultrasónica produce chorros cavitacionales de alta velocidad de hasta 1000 km/h. Los chorros de líquido cavitacional golpean los aglomerados de partículas, rompen las paredes celulares, mejoran la transferencia de material dentro del lodo 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 tendría que funcionar a la asombrosa cifra de 300.000 RPM para alcanzar la misma frecuencia de ciclos de presión alterna. Los mezcladores rotativos convencionales y los mezcladores rotor-estator no crean una cantidad significativa de cavitación debido a su limitación de velocidad.

¿Le interesa la síntesis ascendente de nanopartículas? – Haga clic aquí para obtener más información.

El vídeo muestra la dispersión altamente eficaz de negro de humo. El procesador ultrasónico utilizado es un ultrasonicador Hielscher UP200St, ideal para preparar lotes pequeños y medianos de dispersiones de alta calidad. Para grandes volúmenes, Hielscher Ultrasonics suministra sistemas ultrasónicos industriales para la dispersión continua en línea.

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

Vídeo en miniatura


La desintegración por ultrasonidos es muy eficaz para moler, dispersar o disolver partículas

Desintegrador ultrasónico UIP2000hdT para dispersiones de partículas en 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 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 vibraciones ultrasónicas en un líquido. Hielscher fabrica sondas y puntas de ultrasonidos en una amplia gama de tamaños. Para la desintegración de sólidos más habitual en el laboratorio, resultan muy útiles las sondas ultrasónicas de 3, 7, 14 o 22 mm de diámetro de punta. Hay disponibles sondas ultrasónicas de otros tamaños y de tamaños personalizados. Los dispositivos ultrasónicos típicos para la desintegración en laboratorio oscilan entre 100 y 400 vatios de potencia ultrasónica.

Desintegradores industriales por ultrasonidos

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 flujos de lodo. Estos sistemas industriales pueden manejar fácilmente altas concentraciones de sólidos. Las sondas ultrasónicas industriales están equipadas con una brida que puede montarse en depósitos de acero, reactores de vidrio o recipientes de plástico en cualquier orientación. La presurización del recipiente de sonicación o de la célula de flujo intensifica la cavitación acústica y, por tanto, el proceso de sonicación. Los equipos típicos de desintegración industrial por ultrasonidos oscilan entre 1.000 y 16.000 vatios de potencia ultrasónica por sonotrodo.

Industrias en las que la desintegración por ultrasonidos está muy extendida:

  • Dispersión, disolución, mezcla de formulaciones sólidas/líquidas
  • ciencia de materiales
  • Preparación de la muestra antes del análisis
  • Aplicaciones de las nanopartículas
  • Funcionalización de partículas
  • Reacciones de transferencia de fase
  • Cristalización / Precipitación
  • procesado de alimentos
  • Industria papelera
  • digestión de biomasa

¿Cómo comprar el desintegrador ultrasónico adecuado?

Hielscher Ultrasonics es un fabricante experimentado 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 por ultrasonidos desde los de laboratorio y sobremesa hasta los de escala totalmente industrial.

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

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

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

Desintegradores y disolventes ultrasónicos sofisticados

Control preciso de los parámetros del proceso ultrasónico por Hielscher Ultrasonics' software inteligenteHielscher Ultrasonics se centra en desintegradores de alto rendimiento con la máxima facilidad de uso y los avances técnicos más avanzados. Esto significa que los estándares de los desintegradores de laboratorio Hielscher se adaptan cada vez más a la inteligencia de la maquinaria industrial. El usuario puede controlar los ultrasonicadores digitales de Hielscher a través del mando a distancia del navegador. El software de registro automático de datos escribe todos los parámetros ultrasónicos importantes como potencia neta, potencia total, amplitud, temperatura, presión, hora y fecha como archivo CSV en una tarjeta SD integrada. Además, el desintegrador ultrasónico puede programarse para apagarse automáticamente tras un tiempo determinado o una entrada de energía específica o programar modos de sonicación pulsante. Los sensores de temperatura y presión enchufables permiten realizar un seguimiento minucioso de las condiciones de la muestra. 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 diversas soluciones para mantener la temperatura del proceso en el intervalo de temperatura deseado.
Las sofisticadas funciones de los ultrasonicadores de Hielscher garantizan el máximo control del proceso, resultados de sonicación fiables y reproducibles, facilidad de uso y comodidad de trabajo.
Hielscher Ultrasonics’ Los procesadores ultrasónicos industriales pueden proporcionar amplitudes muy elevadas. Amplitudes de hasta 200µm pueden funcionar fácilmente de forma continua en funcionamiento 24/7. Para amplitudes aún mayores, disponemos de sonotrodos ultrasónicos personalizados. La capacidad de trabajar con amplitudes tan elevadas permite a nuestros clientes moler partículas primarias con eficacia hasta el tamaño nanométrico. La robustez de los equipos de ultrasonidos de Hielscher permite su funcionamiento ininterrumpido en entornos exigentes.
Más información sobre disolución y disolventes por ultrasonidos

calidad – Fabricado en Alemania

Como empresa familiar, Hielscher se enorgullece de la alta calidad de sus procesadores por ultrasonidos. Todos los ultrasonicadores se diseñan, fabrican y prueban en nuestra sede de Teltow, cerca de Berlín (Alemania). La robustez de los equipos de ultrasonidos de Hielscher permite un funcionamiento ininterrumpido en entornos exigentes y con cargas pesadas.

Puede comprar desintegradores ultrasónicos Hielscher en todos los tamaños diferentes y la gama de precios ofrece un desintegrador ultrasónico asequible que se ajusta a su presupuesto. Desde la desintegración de partículas en pequeños viales de laboratorio hasta la desintegración en flujo continuo de lodos 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.
En la siguiente tabla encontrará algunas indicaciones sobre la capacidad de procesamiento aproximada de nuestros sonicadores:

Volumen del loteTasa de flujoDispositivos recomendados
1 a 500 mL10 a 200 mL/min.UP100H
10 a 2000 mL20 a 400 mL/min.UP200Ht, UP400St
0,1 a 20 L0,2 a 4 L/minUIP2000hdT
10 a 100 L2 a 10 L/minUIP4000hdT
n.a.10 a 100 L/minUIP16000
n.a.mayorGrupo de UIP16000

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


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