Mezcladores ultrasónicos de alto cizallamiento en línea
Los sonicadores de alto cizallamiento para procesos de mezcla en línea ofrecen diversas ventajas frente a los homogeneizadores coloidales convencionales. El uso de ultrasonidos de alta potencia para la mezcla permite a los mezcladores ultrasónicos de alto cizallamiento de Hielscher producir suspensiones coloidales y emulsiones uniformemente dispersas en el rango nanométrico. Los homogeneizadores ultrasónicos en línea pueden procesar cualquier volumen y viscosidad e incluso trabajar con partículas muy abrasivas.
Mezcla de alto cizallamiento en línea con ultrasonidos de potencia
La homogeneización en línea de suspensiones sólido-líquido o líquido-líquido es una aplicación necesaria en la producción de numerosos materiales y productos. Los mezcladores ultrasónicos de alto cizallamiento en línea se utilizan en muchas industrias, entre ellas la fabricación de pinturas, pigmentos y tintas, polímeros y materiales compuestos, combustibles, alimentos y bebidas, suplementos nutricionales, productos farmacéuticos, cosméticos y productos de cuidado personal. Los homogeneizadores ultrasónicos de alto cizallamiento en línea se utilizan para mezclar, dispersar, desaglomerar, emulsionar, humectar, disolver y micromoler partículas. Una ventaja particular de los mezcladores ultrasónicos de alto cizallamiento en línea es su capacidad para procesar nanomateriales de forma fiable (p. ej., nanodispersiones y nanoemulsiones).
Los mezcladores ultrasónicos de alto cizallamiento en línea trabajan con grandes volúmenes, altas concentraciones de sólidos y partículas abrasivas.
¿Cómo funciona la mezcla ultrasónica de alto cizallamiento?
La mezcla y la homogeneización ultrasónicas de alto cizallamiento se basan en el principio de funcionamiento de la cavitación acústica. Cuando los líquidos se someten a sonicación a altas intensidades, las ondas ultrasónicas se propagan por el medio líquido y generan ciclos alternos de alta presión (compresión) y baja presión (rarefacción). Los sonicadores de alta potencia funcionan a una frecuencia de aproximadamente 20 kHz. Esto significa 20.000 vibraciones por segundo. Durante el ciclo de baja presión, las ondas ultrasónicas de alta intensidad crean pequeñas burbujas de vacío en el líquido. Cuando la burbuja de cavitación alcanza un tamaño con el que ya no puede absorber más energía, colapsa violentamente durante un ciclo de alta presión. Este fenómeno de implosión de las burbujas se conoce con el término técnico «cavitación». Durante la implosión se alcanzan localmente temperaturas muy elevadas (aprox. 5.000K) y presiones muy altas (aprox. 2.000atm). La implosión de la burbuja de cavitación también genera chorros de líquido con velocidades de hasta 280 m/s. (Véase Suslick 1998)
Estas fuerzas extremadamente intensas y disruptivas proporcionan suficiente energía para moler, desaglomerar y dispersar partículas en fluidos y convierten a los mezcladores ultrasónicos de alto cizallamiento en la tecnología de procesamiento por excelencia. Por ello, se utilizan como técnica de fabricación y procesamiento, especialmente en sectores donde la nanotecnología y los nanomateriales desempeñan un papel crucial en el rendimiento y la calidad del producto.
Mayor eficiencia de proceso y energética con mezcladores ultrasónicos
Los procesadores ultrasónicos de Hielscher tienen una excelente eficiencia energética de >85%. Esto reduce los costes de electricidad durante el funcionamiento y se traduce en un mayor rendimiento de procesamiento. Kusters et al. (1994) concluyen en su estudio que la fragmentación ultrasónica es tan eficiente como la molienda convencional.
Mediante la aplicación de presión y la optimización del proceso ultrasónico, la tecnología de mezcla ultrasónica suele superar con creces a los métodos convencionales de mezcla, como los mezcladores de cuchillas giratorias, los homogeneizadores de alta presión o los molinos de bolas.
En otro estudio, Pohl et al. (2004) compararon la eficiencia de procesamiento de la dispersión ultrasónica de sílice con otros métodos de mezcla de alto cizallamiento, como la mezcla con un IKA Ultra-Turrax (sistema rotor-estátor). Pohl et al. compararon la reducción del tamaño de las partículas de Aerosil 90 (2%wt) en agua mediante un Ultra-Turrax (sistema rotor-estátor) con diversos ajustes con la obtenida mediante un mezclador ultrasónico de alto cizallamiento UIP1000hd de Hielscher con celda de flujo en modo continuo. El estudio de Pohl et al. concluye que «a una energía específica EV constante, los ultrasonidos son más eficaces que el sistema rotor-estátor» y que «la frecuencia ultrasónica aplicada en el rango de 20 kHz a 30 kHz no tiene un efecto significativo en el proceso de dispersión».
- alta eficiencia
- para micropartículas y nanopartículas
- procesamiento continuo en línea
- para cualquier volumen
- pueden procesar viscosidades muy altas
- pueden trabajar con partículas abrasivas
- sin piezas móviles (sin rotores ni cuchillas)
- sin medios de molienda (sin perlas)
- CIP (limpieza in situ)
Reducción ultrasónica del tamaño de las partículas de hidroxiapatita de calcio (30% de concentración de sólidos, 150 Ws/g US)
UIP4000hdT, un potente mezclador industrial de alto cizallamiento de 4000 vatios para el procesamiento en línea, p. ej., la molienda húmeda, la dispersión, la emulsificación y la disolución de suspensiones coloidales.
¿Dónde comprar su mezclador ultrasónico de alto cizallamiento en línea?
Hielscher Ultrasonics es su socio de confianza para procesos de sonicación de alto rendimiento, como la molienda, la dispersión, la emulsificación y la disolución ultrasónicas. Los mezcladores ultrasónicos de alto cizallamiento en línea de Hielscher pueden proporcionar amplitudes muy altas. Es posible mantener fácilmente amplitudes de hasta 200 µm de forma continua en funcionamiento 24/7/365. Para amplitudes aún mayores, se ofrecen sonotrodos ultrasónicos personalizados. Una amplia variedad de reactores ultrasónicos en línea y otros accesorios permite obtener la configuración ideal para su aplicación ultrasónica (p. ej., emulsificación en línea, reducción del tamaño de las partículas y homogeneización).
El software inteligente, el menú digital mediante pantalla táctil, el registro automático de datos y el control remoto desde el navegador son características de los homogeneizadores ultrasónicos de alto cizallamiento de Hielscher que hacen que su manejo sea muy sencillo e intuitivo. La tecnología de limpieza in situ (CIP) facilita el uso del mezclador ultrasónico de alto cizallamiento. La robustez, la fiabilidad, la facilidad de instalación y manejo, así como el bajo mantenimiento, son características adicionales que facilitan el trabajo diario con los sonicadores de Hielscher.
¡Póngase en contacto con nosotros ahora para obtener más información sobre cómo un mezclador ultrasónico de alto cizallamiento en línea puede mejorar el procesamiento de sus sistemas sólido-líquido y líquido-líquido! Nuestro equipo, con una sólida formación y muchos años de experiencia, estará encantado de proporcionarle más información sobre aplicaciones y precios.
La siguiente tabla ofrece una orientación sobre la capacidad aproximada de procesamiento de nuestros sonicadores:
| 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. | superior | conjunto de UIP16000 |
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Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrasónicos de alto rendimiento para aplicaciones de mezcla, dispersión, emulsificación y extracción a escala de laboratorio, piloto e industrial.
Bibliografía / Referencias
- Brad W. Zeiger; Kenneth S. Suslick (2011): Sonofragmentation of Molecular Crystals. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 37, 14530–14533.
- Suslick, K. S. (1998): Sonochemistry. in: Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, 4th Ed. J. Wiley & Sons, New York, vol. 26, 1998. 517-541.
- Kusters, K. A.; Pratsinis, S. E.; Thomas, S. G. and Smith, D. M. (1994): Energy-size reduction laws for ultrasonic fragmentation. Powder Technology 80, 1994. 253-263.
- Ahmed Taha, Eman Ahmed, Amr Ismaiel, Muthupandian Ashokkumar, Xiaoyun Xu, Siyi Pan, Hao Hu (2020): Ultrasonic emulsification: An overview on the preparation of different emulsifiers-stabilized emulsions. Trends in Food Science & Technology Vol. 105, 2020. 363-377.
- Pohl, M. and Schubert, H. (2004): Dispersion and deagglomeration of nanoparticles in aqueous solutions. PARTEC 2004.
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