Mezcla de alto cizallamiento mediante ultrasonidos
Los mezcladores de alto cizallamiento aplican elevadas fuerzas de cizallamiento a líquidos y suspensiones para lograr la dispersión, mezcla y emulsificación uniformes de dos o más fases líquido-sólido o líquido-líquido. La ultrasonicación genera elevadas fuerzas de cizallamiento mediante cavitación acústica, que se produce cuando se acoplan ultrasonidos de alta potencia a los líquidos. Los mezcladores ultrasónicos de alto cizallamiento constituyen una tecnología de mezcla superior que supera fácilmente a los mezcladores de cuchillas de alto cizallamiento, los mezcladores de varios ejes, los homogeneizadores de alta presión, los molinos coloidales y los agitadores de palas de uso habitual.
Ventajas de los mezcladores ultrasónicos 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 para laboratorio, de sobremesa e industriales permite elegir el mezclador ultrasónico de alto cizallamiento ideal para su aplicación y volumen de producción.
Las amplitudes elevadas de la sonda ultrasónica generan una cavitación intensa con corrientes de líquido de alta velocidad y turbulencias complejas. El intenso cizallamiento hidráulico y mecánico generado por los ultrasonidos reduce las partículas y las gotas a tamaños micrométricos y nanométricos. Dado que los parámetros del proceso de sonicación se pueden controlar y ajustar con precisión, el efecto de la mezcla, la molienda o la dispersión puede adaptarse con exactitud al material y al objetivo del proceso. Los mezcladores ultrasónicos de alto cizallamiento reducen el tiempo de mezcla / molienda y producen de forma fiable dispersiones finas y ultrafinas.
Los mezcladores ultrasónicos pueden utilizarse en procesos por lotes y de flujo en línea. La variedad de celdas de flujo y reactores ultrasónicos permite mezclar corrientes con caudales y viscosidades muy diferentes. Los mezcladores ultrasónicos de alto cizallamiento pueden procesar concentraciones de sólidos muy elevadas, e incluso las partículas muy abrasivas no suponen ningún problema.
¿Cómo funciona la mezcla de alto cizallamiento mediante sonicación?
Los mezcladores ultrasónicos de alto cizallamiento utilizan el mismo principio mecánico que los sistemas de mezcla industriales, como los mezcladores de cuchillas de alto cizallamiento, los mezcladores de varios ejes, los molinos coloidales, los homogeneizadores de alta presión y los sistemas de agitación con palas. Los sistemas de mezcla ultrasónica se utilizan para dispersar y moler partículas, emulsionar fases de aceite y agua, solubilizar materia sólida y producir mezclas homogéneas de cualquier tipo de material en líquidos y suspensiones. Los mezcladores ultrasónicos de cizallamiento incorporan una sonda ultrasónica en un recipiente de mezcla, como un tanque para procesamiento por lotes o una celda de flujo. La sonda del desintegrador ultrasónico vibra en el líquido a una frecuencia muy alta y genera una intensa cavitación ultrasónica. El colapso de las burbujas de cavitación produce potentes fuerzas de cizallamiento que disgregan y rompen gotas, aglomerados, agregados e incluso partículas primarias. Como la cavitación ultrasónica genera corrientes de cavitación de alta velocidad de hasta 1000 km/h, los chorros de líquido producidos por la cavitación aceleran las partículas. Cuando las partículas aceleradas chocan entre sí, actúan como medios de molienda. A continuación, las partículas que colisionan se fragmentan y se reducen a tamaños micrométricos o nanométricos. En el campo de cavitación ultrasónica, las presiones alternan rápida y repetidamente entre el vacío y hasta 1000 bar. Un mezclador rotativo con 4 palas 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-estator no generan una cantidad significativa de cavitación debido a sus limitaciones de velocidad.
Mezclador ultrasónico de alto cizallamiento UIP2000hdT, una potente unidad de mezcla de 2 kW
Consejo de procesamiento: mezcla ultrasónica bajo presión
Aplicar presión al reactor ultrasónico o a la celda de flujo intensifica la cavitación acústica. Hielscher Ultrasonics suministra diversos tipos de celdas de flujo y reactores que pueden presurizarse fácilmente hasta 5 barg. Los reactores ultrasónicos personalizados pueden soportar presiones superiores, de hasta 300barg.
Mezcladores ultrasónicos de alto cizallamiento y sus aplicaciones
Los mezcladores ultrasónicos de alto cizallamiento generan intensas fuerzas de cizallamiento que ejercen el efecto necesario sobre partículas como sólidos, gotas, cristales y fibras para disgregarlas y reducirlas a un tamaño objetivo, que puede situarse en el rango micrométrico o nanométrico. Según la dureza y la fragilidad de los materiales, los parámetros del proceso ultrasónico pueden ajustarse con exactitud para obtener el resultado de mezcla deseado. En comparación con métodos de mezcla alternativos, como los agitadores de palas de alto cizallamiento, los homogeneizadores de alta presión, los molinos coloidales / de perlas, los mezcladores de eje, etc., los desintegradores ultrasónicos ofrecen importantes ventajas.
Ventajas de los mezcladores ultrasónicos de alto cizallamiento
- Cavitación y cizallamiento de alta intensidad
- Procesamiento uniforme de las partículas
- Altas concentraciones de sólidos
- Sin boquillas / sin obstrucciones
- No requieren medios de molienda (como perlas)
- Escalabilidad lineal
- Funcionamiento sencillo y seguro
- Fáciles de limpiar
- Eficiencia en tiempo y energía
Mezcladores ultrasónicos de alto cizallamiento para la reducción del tamaño de partícula
Los desintegradores ultrasónicos se utilizan para reducir el tamaño de las partículas y distribuirlas, ya sea mediante la trituración propiamente dicha de partículas primarias (denominada molienda) o mediante la ruptura de aglomerados (denominada desaglomeración / dispersión).
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Mezcladores ultrasónicos de alto cizallamiento para emulsificación
Cuando dos líquidos inmiscibles (por ejemplo, agua y aceite) se someten a sonicación con un mezclador ultrasónico de sonda, la cavitación ultrasónica rompe las gotas –produciendo gotas muy pequeñas de las dos fases inmiscibles, que después se mezclan entre sí–. Como los mezcladores ultrasónicos de alto cizallamiento producen fácilmente gotas de tamaño nanométrico, las emulsiones ultrasónicas estabilizadas presentan estabilidad a largo plazo y un aspecto claro y transparente.
Dado que cada tipo de emulsión tiene su propio umbral de emulsificación / cizallamiento, en el que se obtienen el tamaño y las características óptimos de las gotas, es fundamental ajustar con precisión los parámetros de mezcla. Un cizallamiento demasiado bajo produce gotas demasiado grandes, que coalescen rápidamente y provocan la separación de fases, mientras que un cizallamiento demasiado alto puede destruir el producto. Los mezcladores ultrasónicos de alto cizallamiento pueden controlarse con precisión y ajustarse a las necesidades del proceso.
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Mezclador ultrasónico de alto cizallamiento UP200Ht para emulsificación
Mezcladores ultrasónicos de alto cizallamiento para mezcla y disolución
Los mezcladores ultrasónicos de alto cizallamiento se utilizan para mezclar, moler, dispersar y disolver partículas como polvos, pigmentos y fibras mediante un proceso rápido, fiable y sencillo. La cavitación generada por ultrasonidos aumenta la transferencia de masa entre los sólidos y el líquido. La cavitación ultrasónica ejerce un fuerte efecto sobre las partículas sólidas: las corrientes de líquido producidas por la cavitación erosionan la superficie de los sólidos y transportan los fragmentos erosionados al líquido, generando así una suspensión homogénea.
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Aplicaciones de los mezcladores ultrasónicos de alto cizallamiento
- Molienda y trituración
- Desaglomeración y dispersión
- Emulsificación
- Disolución de polvos
- Mejora de la transferencia de masa
- Reacciones sonoquímicas
La SonoStation –un sistema ultrasónico con sonicadores de 2x 2 kW, tanque agitado y bomba– es un sistema fácil de usar para aplicaciones de mezcla, molienda y dispersión.
Mezcladores de alto cizallamiento de todos los tamaños
Hielscher Ultrasonics diseña, fabrica y distribuye mezcladores de alto cizallamiento de alto rendimiento, desde el equipo de laboratorio compacto y potente hasta los mezcladores de alto cizallamiento de escala piloto e industrial para procesar corrientes de gran volumen a escala de producción comercial.
Mezcladores de alto cizallamiento para el laboratorio
Los mezcladores ultrasónicos de sonda son herramientas consolidadas en todos los laboratorios. Dado que los procesos ultrasónicos pueden escalarse linealmente a grandes volúmenes, los mezcladores ultrasónicos de alto cizallamiento de Hielscher son ideales para desarrollar y optimizar su proceso a pequeña escala. Una vez establecidos los parámetros óptimos del proceso, su aplicación de mezcla puede escalarse linealmente a la producción piloto y a gran escala.
Hielscher ofrece mezcladores ultrasónicos de alto cizallamiento para trabajos a escala de laboratorio con un rango de potencia de mezcla ultrasónica de 50 a 400 vatios.
Mezcladores 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 corrientes de suspensiones en condiciones de trabajo exigentes. Estos mezcladores industriales procesan fácilmente altas concentraciones de sólidos y partículas abrasivas. Las sondas (sonotrodos) de los mezcladores ultrasónicos industriales de alto cizallamiento están equipadas con una brida que permite integrar el mezclador en tanques de acero, recipientes de vidrio o contenedores de plástico en cualquier orientación. Esto permite presurizar el recipiente de sonicación. Aplicar presión al recipiente ultrasónico o a la celda de flujo intensifica la cavitación acústica y, con ello, el proceso de mezcla ultrasónica. 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 de alta viscosidad? – ¡Sin problema! Todos los procesadores ultrasónicos de Hielscher de las categorías de sobremesa e industrial pueden procesar fácilmente suspensiones viscosas de hasta 250.000 centipoise. Para viscosidades superiores a 2.000 cPs, recomendamos utilizar celdas de flujo continuo en combinación con bombas de cavidad progresiva para mejorar el acoplamiento de las ondas ultrasónicas al fluido.
¿Cómo encontrar el mezclador ultrasónico de alto cizallamiento adecuado?
Hielscher Ultrasonics es un fabricante con muchos años de experiencia en sistemas de mezcla ultrasónica 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 ultrasónicos de alto cizallamiento y homogeneizadores para laboratorio y de sobremesa, así como para escala piloto y plenamente industrial.
Responder a las siguientes preguntas le ayudará a encontrar el mezclador de alto cizallamiento más adecuado para su proceso:
- ¿Cuál es su aplicación objetivo?
- ¿Cuál es el volumen habitual que debe procesarse?
- ¿Cuáles son los factores críticos del proceso?
- ¿Qué estándares de calidad deben alcanzarse?
Nuestro personal, altamente cualificado y experimentado, le ayudará a resolver cualquier duda y a diseñar su proceso de mezcla. Hielscher Ultrasonics ofrece asesoramiento exhaustivo sobre el procesamiento ultrasónico para ayudar a nuestros clientes a encontrar el mezclador ultrasónico de alto cizallamiento ideal. El servicio de Hielscher también incluye formación para los clientes, tanto en sus instalaciones como 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 alcanzan fácilmente amplitudes muy elevadas, necesarias para romper partículas duras y aglomerados o para procesar suspensiones con una alta concentración de sólidos. Los mezcladores industriales de Hielscher funcionan fácilmente con amplitudes de hasta 200 µm de forma continua en operación 24/7. Si determinados procesos requieren amplitudes aún mayores, se ofrecen sondas ultrasónicas personalizadas. Hay disponibles accesorios como amplificadores de amplitud, celdas de flujo, reactores de sonicación y sistemas completos de recirculación, que permiten configurar su sistema de mezcla ultrasónica de forma óptima para los requisitos de su proceso. Todos los sonotrodos y reactores, que son las únicas piezas en contacto con el medio, permiten CIP/SIP (limpieza y esterilización in situ).
Mezcladores ultrasónicos de alto cizallamiento avanzados
Hielscher Ultrasonics se centra en desintegradores celulares de alto rendimiento con la máxima facilidad de uso y los avances técnicos más modernos. 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 sonicadores digitales de Hielscher a distancia mediante 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, y permite programar modos de sonicación pulsada. Los sensores de temperatura y presión conectables 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 objetivo.
Las funciones avanzadas de los sonicadores 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 da prioridad a los estándares de calidad más elevados para sus procesadores ultrasónicos. Todos los sonicadores se diseñan, fabrican y someten a pruebas exhaustivas en nuestra sede de Teltow, cerca de Berlín, Alemania. La robustez y la fiabilidad de los equipos ultrasónicos de Hielscher los convierten en herramientas de trabajo incansables para su producción. El funcionamiento 24/7 a plena carga y en entornos exigentes es una característica propia de los mezcladores de alto rendimiento de Hielscher.
Puede adquirir mezcladores ultrasónicos de alto cizallamiento de Hielscher de distintos tamaños y configurados para su proceso. Desde el tratamiento de fluidos en un pequeño vaso de precipitados de laboratorio hasta la mezcla de suspensiones en flujo continuo a escala industrial, ¡Hielscher Ultrasonics le ofrece un mezclador de alto cizallamiento adecuado! Póngase en contacto con nosotros – ¡estaremos encantados de recomendarle la configuración de mezcla ultrasónica ideal!
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 |
¡Contáctenos! / ¡Consúltenos!
Homogeneizadores ultrasónicos de alta potencia desde la escala de laboratorio hasta la escala piloto e industrial .
Información de interés
Los sonicadores y su uso como mezcladores de alto cizallamiento
Los sonicadores son equipos ultrasónicos de sonda que se caracterizan por transmitir las vibraciones ultrasónicas al medio de procesamiento mediante una sonda ultrasónica. La sonda, también conocida como sonotrodo, es una varilla de titanio que vibra a una frecuencia ultrasónica, por ejemplo, 20 kHz. Vibrar a 20 kHz significa que la superficie horizontal de la sonda se expande y se contrae 20.000 veces por segundo. Estos movimientos rápidos en el rango de frecuencias ultrasónicas, en la punta de la sonda, se acoplan al fluido. En el fluido, las ondas ultrasónicas se propagan a través del medio y generan ciclos alternos de alta presión / baja presión. Durante el ciclo de baja presión, se forman 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 crecimiento máximo, la burbuja de cavitación estalla violentamente. La implosión genera un campo de alta densidad energética con temperaturas y presiones muy elevadas, los correspondientes diferenciales de temperatura y presión, corrientes de líquido con velocidades de hasta 180 m/sec y turbulencias. Esta energía de cavitación ejerce un fuerte efecto sobre los líquidos y las suspensiones, produciendo resultados extraordinarios de mezcla, combinación, molienda, dispersión y emulsificación. Los mezcladores ultrasónicos de alto cizallamiento producen fácilmente partículas y gotas de tamaño nanométrico con una distribución de tamaños de partícula / gota muy estrecha.
¡Lea aquí cuáles son las diferencias entre el procesamiento mediante cavitación ultrasónica / acústica y el procesamiento mediante cavitación hidrodinámica!
Sectores habituales de uso de los mezcladores ultrasónicos de alto cizallamiento
- Dispersión, disolución y mezcla de formulaciones sólido/líquido
- Emulsificación
- Ciencia de materiales
- Preparación de muestras antes del análisis
- Aplicaciones con nanopartículas
- Funcionalización de partículas
- Reacciones de transferencia de fase
Bibliografía / Referencias
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- 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.