Mezcla de alto cizallamiento con ultrasonidos
Los mezcladores de alto cizallamiento aplican elevadas fuerzas de cizallamiento en líquidos y lodos para dispersar, mezclar y emulsionar de forma uniforme dos o más fases líquido-sólido o líquido-líquido. La ultrasonicación genera altas fuerzas de cizallamiento a través de la cavitación acústica, que se produce cuando se introducen ultrasonidos de alta potencia en los líquidos. Los mezcladores ultrasónicos de alto cizallamiento son una tecnología de mezclado superior, que supera fácilmente a los mezcladores de cuchillas de alto cizallamiento, los mezcladores multieje, los homogeneizadores de alta presión, los molinos coloidales y los agitadores de cuchillas utilizados habitualmente.
Ventajas de las mezcladoras ultrasónicas de alto cizallamiento
Los mezcladores ultrasónicos de alto cizallamiento están disponibles desde homogeneizadores de laboratorio de 50 W hasta sistemas de mezcla industriales de 16.000 W. La amplia gama de mezcladores ultrasónicos de alto cizallamiento de laboratorio, de sobremesa e industriales permite elegir el mezclador ultrasónico de alto cizallamiento ideal para su aplicación y volumen de producción.
Las altas amplitudes en la sonda ultrasónica crean una cavitación intensa con corrientes líquidas de altas velocidades y turbulencias complejas. El intenso cizallamiento hidráulico y mecánico generado por ultrasonidos reduce las partículas y gotas a tamaños micrométricos y nanométricos. Dado que los parámetros del proceso de sonicación se pueden controlar y ajustar con precisión, el efecto de mezcla, molienda o dispersión se puede adaptar con precisión al material y al objetivo del proceso. Los mezcladores ultrasónicos de alto cizallamiento reducen el tiempo de mezcla/molienda y producen dispersiones finas y ultrafinas fiables.
El mezclador ultrasónico puede utilizarse para procesos por lotes y de flujo en línea. La variedad de celdas de flujo y reactores ultrasónicos permite mezclar flujos con caudales y viscosidades muy diferentes. El mezclador ultrasónico de alto cizallamiento puede manejar concentraciones de sólidos muy altas e incluso partículas muy abrasivas no suponen ningún problema.
¿Cómo funciona la mezcla de alto cizallamiento por sonicación?
Los mezcladores ultrasónicos de alto cizallamiento utilizan el mismo principio mecánico que los sistemas de mezclado industriales, como los mezcladores de cuchillas de alto cizallamiento, los mezcladores multieje, los molinos coloidales, los homogeneizadores de alta presión y los sistemas agitadores de cuchillas. Los sistemas de mezcla por ultrasonidos se utilizan para dispersar y moler partículas, emulsionar fases oleosas y acuosas, solubilizar materia sólida y producir mezclas homogéneas de cualquier tipo de materiales en líquidos y lodos. Los mezcladores de cizallamiento por ultrasonidos integran una sonda ultrasónica en un recipiente de mezclado, como en un depósito discontinuo o en una celda de flujo. La sonda desintegradora ultrasónica vibra en el líquido a una frecuencia muy alta y crea una intensa cavitación ultrasónica en el líquido. El colapso de las burbujas de cavitación da lugar a potentes fuerzas de cizallamiento, que desorganizan y rompen gotas, aglomerados, agregados e incluso partículas primarias. Como la cavitación ultrasónica genera una corriente cavitacional de alta velocidad de hasta 1.000 km/h, los chorros de líquido cavitacional aceleran las partículas. Cuando las partículas aceleradas chocan entre sí, actúan como medios de molienda. Posteriormente, las partículas que colisionan se rompen y se reducen a tamaños micrométricos o nanométricos. 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 velocidad 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.
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Consejo de procesamiento: Mezcla ultrasónica a presión
La aplicación de presión al reactor ultrasónico o a la célula de flujo intensifica la cavitación acústica. Hielscher Ultrasonics suministra varios tipos de reactores y celdas de flujo, que pueden presurizarse fácilmente hasta 5 barg. Los reactores ultrasónicos personalizados pueden soportar presiones superiores de hasta 300 barg.
Mezcladores ultrasónicos de alto cizallamiento y sus aplicaciones
Los mezcladores ultrasónicos de alto cizallamiento crean fuerzas de cizallamiento intensas, que tienen el impacto necesario sobre partículas como sólidos, gotas, cristales y fibras, con el fin de alterarlas y romperlas hasta alcanzar el tamaño deseado, que puede ser micrométrico o nanométrico. Dependiendo de la dureza y fragilidad de los materiales, los parámetros del proceso ultrasónico pueden ajustarse exactamente para conseguir el resultado de mezcla deseado. En comparación con otros métodos de mezcla alternativos, como los agitadores de cuchillas de alto cizallamiento, los homogeneizadores de alta presión, los molinos de coloides/esferas, los mezcladores de eje, etc., los desintegradores ultrasónicos ofrecen algunas ventajas importantes.
Ventajas de las mezcladoras ultrasónicas de alto cizallamiento
- 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
Mezcladores ultrasónicos de alto cizallamiento 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 se trate de la trituración real de partículas primarias (denominada molienda) o de la rotura de aglomerados (denominada desaglomeración / dispersión).
Más información sobre la molienda por ultrasonidos y la dispersión de partículas.
Mezcladores ultrasónicos de alto cizallamiento para emulsificación
Cuando dos líquidos inmiscibles (por ejemplo, agua y aceite) se sonifican utilizando un mezclador ultrasónico tipo sonda, la cavitación ultrasónica desorganiza las gotitas – produciendo gotitas muy pequeñas de las dos fases inmiscibles, que luego se mezclan. Como los mezcladores ultrasónicos de alto cizallamiento producen fácilmente gotas de tamaño nanométrico, las emulsiones ultrasónicas estabilizadas presentan una estabilidad a largo plazo y un aspecto claro y transparente.
Dado que cualquier tipo de emulsión tiene su umbral específico de emulsificación / cizallamiento, en el que se obtienen el tamaño de gota y las características óptimas, el ajuste preciso de los parámetros de mezcla es crucial. Mientras que un cizallamiento demasiado bajo da lugar a gotas demasiado grandes, que se fusionan rápidamente y provocan la separación de fases, un cizallamiento demasiado alto puede destruir el producto. Los mezcladores ultrasónicos de alto cizallamiento pueden controlarse y ajustarse con precisión a las necesidades del proceso.
Haga clic aquí para saber más sobre la nanoemulsificación ultrasónica.
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Mezcladores ultrasónicos de alto cizallamiento para mezclar y disolver
Los mezcladores ultrasónicos de alto cizallamiento se utilizan para mezclar, moler, dispersar y disolver partículas como polvos, pigmentos y fibras en un proceso rápido, fiable y sencillo. La cavitación generada por ultrasonidos aumenta la transferencia de masa entre sólidos y líquido. La cavitación ultrasónica tiene un fuerte impacto en las partículas sólidas: Las corrientes de líquido cavitacional erosionan la superficie de los sólidos y transportan los fragmentos erosionados al líquido produciendo así una suspensión homogénea.
Haga clic aquí para saber más sobre la disolución por ultrasonidos.
Aplicaciones de las mezcladoras ultrasónicas de alto cizallamiento
- Pulverizar & Pulverizar
- desaglomeración & dispersión
- Emulsificar
- Disolución de polvos
- Mejora de la transferencia de masa
- reacciones sonoquímicas
El SonoStation – un sistema de ultrasonidos con 2 ultrasonidos de 2 kW, un tanque agitado y una bomba – es un sistema fácil de usar para aplicaciones de mezcla, molienda y dispersión.
Mezcladoras de alto cizallamiento de cualquier tamaño
Hielscher Ultrasonics diseña, fabrica y distribuye mezcladores de alto cizallamiento de alto rendimiento, desde el compacto pero potente dispositivo de laboratorio hasta mezcladores de alto cizallamiento piloto e industriales para el procesamiento de flujos de gran volumen a nivel de producción comercial.
Mezcladoras de alto cizallamiento para laboratorio
Los mezcladores ultrasónicos de sonda son herramientas habituales en todos los laboratorios. Dado que los procesos ultrasónicos pueden escalarse linealmente hasta un gran volumen, los mezcladores ultrasónicos de alto cizallamiento de Hielscher son ideales para desarrollar y optimizar su proceso a pequeña escala. A continuación, una vez establecidos los parámetros óptimos del proceso, su aplicación de mezclado puede escalarse linealmente hasta la producción piloto y a granel.
Hielscher ofrece mezcladores ultrasónicos de alto cizallamiento para trabajos a escala de laboratorio con una gama de potencia de mezcla ultrasónica de 50 a 400 vatios.
Mezcladoras de alto cizallamiento para la industria
Los mezcladores industriales de alto cizallamiento de Hielscher son procesadores ultrasónicos de alta potencia diseñados para moler, dispersar, emulsionar y mezclar grandes flujos de lodo en condiciones de trabajo duras. Estos mezcladores industriales manejan fácilmente altas concentraciones de sólidos y partículas abrasivas. Las sondas (sonotrodos) de los mezcladores ultrasónicos industriales de alto cizallamiento están equipadas con una brida para que el mezclador pueda integrarse en depósitos de acero, recipientes de vidrio o contenedores de plástico en cualquier orientación. Esto permite presurizar el recipiente de sonicación. La aplicación de presión al recipiente de ultrasonidos o a la célula de flujo intensifica la cavitación acústica y, con ello, el proceso de mezcla por ultrasonidos. Hielscher Ultrasonics ofrece mezcladores industriales de alto cizallamiento de 500 a 16.000 vatios. Con el UIP16000, Hielscher ofrece el mezclador ultrasónico de alto cizallamiento más potente del mundo.
¿Materiales muy viscosos? – No hay problema. Todos los procesadores por ultrasonidos Hielscher de las categorías de sobremesa e industrial pueden procesar fácilmente lodos viscosos de hasta 250.000 centipoise. Para viscosidades superiores a 2.000 cPs recomendamos el uso de celdas de flujo continuo en combinación con bombas de cavidad progresiva para mejorar el acoplamiento de las ondas ultrasónicas en el fluido.
¿Cómo encontrar la mezcladora ultrasónica de alto cizallamiento adecuada?
Hielscher Ultrasonics lleva mucho tiempo fabricando sistemas de mezcla por ultrasonidos de alto cizallamiento potentes y fiables, que se utilizan para dispersar y romper partículas, preparar nanoemulsiones o disolver polvos en líquidos. Como líder del mercado de mezcladores ultrasónicos, Hielscher diseña, fabrica y distribuye mezcladores y homogeneizadores ultrasónicos de alto cizallamiento para laboratorio y sobremesa hasta escala piloto y totalmente industrial.
Responder a las siguientes preguntas le ayudará a encontrar la mezcladora de alto cizallamiento más adecuada para su proceso:
- ¿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 con la concepción de su proceso de mezcla. Hielscher Ultrasonics ofrece un asesoramiento en profundidad sobre el procesamiento por ultrasonidos para ayudar a nuestros clientes a encontrar el mezclador ultrasónico de alto cizallamiento más idóneo. Pero el servicio de Hielscher no termina aquí, formamos a los clientes en sus instalaciones o en nuestro laboratorio de procesos por ultrasonidos 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 mezcladores industriales de Hielscher funcionan fácilmente a amplitudes de hasta 200µm de forma continua en funcionamiento 24/7. Si los procesos específicos requieren amplitudes aún mayores, se dispone de sondas ultrasónicas personalizadas. 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 mezcla por ultrasonidos adaptado de forma óptima a los requisitos de su proceso. Todos los sonotrodos y reactores, que son las únicas piezas que entran en contacto con el medio, son CIP/SIP (limpieza y esterilización in situ).
Sofisticadas mezcladoras ultrasónicas de alto cizallamiento
Hielscher Ultrasonics se centra en desintegradores celulares 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 varias soluciones para mantener la temperatura del proceso en el rango de temperatura objetivo.
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.
calidad – Fabricado en Alemania
Como empresa de propiedad y gestión familiar, Hielscher prioriza los más altos estándares de calidad para sus procesadores por ultrasonidos. Todos los equipos de ultrasonidos se diseñan, fabrican y prueban exhaustivamente en nuestra sede central de Teltow, cerca de Berlín (Alemania). La robustez y fiabilidad de los equipos de ultrasonidos de Hielscher los convierten en un caballo de batalla en su producción. El funcionamiento 24/7 a plena carga y en entornos exigentes es una característica natural de los mezcladores de alto rendimiento de Hielscher.
Puede comprar mezcladores de alto cizallamiento por ultrasonidos Hielscher de cualquier tamaño y configurados para su proceso. Desde el tratamiento de fluidos en un pequeño vaso de laboratorio hasta la mezcla continua de lodos a nivel industrial, Hielscher Ultrasonics le ofrece el mezclador de alto cizallamiento adecuado. Póngase en contacto con nosotros – estaremos encantados de recomendarle la configuración ideal para su mezclador ultrasónico.
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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Homogeneizadores ultrasónicos de alta potencia de laboratorio a piloto y Uso industrial escala.
Información interesante
Los ultrasonidos y su uso como mezcladores de alto cizallamiento
Los ultrasonicadores son dispositivos de ultrasonidos tipo sonda, que se definen por la transmisión de las vibraciones ultrasónicas a través de una sonda ultrasónica al medio de procesamiento. La sonda, también conocida como sonotrodo, es una varilla de titanio que vibra a una frecuencia de ultrasonidos, por ejemplo 20 kHz. Vibrar a 20 kHz significa que la superficie horizontal de la sonda se expande y contrae 20.000 veces por segundo. Estos movimientos rápidos en la gama de frecuencias ultrasónicas en la punta de la sonda se acoplan en el fluido. En el fluido, las ondas ultrasónicas se desplazan por el medio y generan ciclos alternos de alta y baja presión. Durante el ciclo de baja presión, surgen minúsculas burbujas de vacío que crecen a lo largo de varios ciclos de presión hasta alcanzar un punto en el que ya no pueden absorber más energía. En el punto de máximo crecimiento, la burbuja de cavitación estalla violentamente. La implosión da lugar a un campo denso en energía con temperaturas y presiones muy elevadas, los respectivos diferenciales de temperatura y presión, corrientes líquidas con velocidades de hasta 180 m/seg y turbulencias. Esta energía cavitacional tiene un fuerte impacto en líquidos y lodos, lo que produce resultados extraordinarios de mezcla, combinación, molienda, dispersión y emulsión. Los mezcladores ultrasónicos de alto cizallamiento producen fácilmente partículas y gotas de tamaño nanométrico con una distribución de tamaño de partícula / gota muy estrecha.
Lea aquí cuáles son las diferencias entre el tratamiento por cavitación ultrasónica / acústica y el tratamiento por cavitación hidrodinámica.
Industrias comunes para mezcladores ultrasónicos de alto cizallamiento
- Dispersión, disolución, mezcla de formulaciones sólidas/líquidas
- Emulsificar
- ciencia de materiales
- Preparación de la muestra antes del análisis
- Aplicaciones de las nanopartículas
- Funcionalización de partículas
- Reacciones de transferencia de fase
Literatura / 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.
- Pekarovicova, A.; Pekarovic, J. (2009): Emerging Pigment Dispersion Technologies. Pira International (2009).
- S.E. Karekar; B.A. Bhanvase; S.H. Sonawane; M.P. Deosarkar; D.V. Pinjari; A.B. Pandit(2014): Synthesis of zinc molybdate and zinc phosphomolybdate nanopigments by an ultrasound assisted route: Advantage over conventional method. Chemical Engineering and Processing 87; Nov. 2014.