Hielscher – Tecnología de Ultrasonidos

Homogeneización y mezcla por ultrasonidos

La homogeneización ultrasónica es un proceso mecánico para reducir pequeñas partículas en un líquido de manera que queden uniformes en su tamaño y distribuidas. Hielscher ofrece homogeneizadores ultrasónicos para su uso en laboratorio y a escala industrial.

Impacto de la homogeneización

Cuando se utiliza un procesador ultrasónico como homogeneizador, el objetivo es reducir las pequeñas partículas de un líquido para mejorar la uniformidad y la estabilidad del mismo. Estas partículas (fase dispersa) pueden ser tanto sólidos como líquidos. Una reducción en el diámetro promedio de las partículas incrementa el número de partículas individuales, lo que da lugar a una disminución de la distancia media entre partículas y a un aumento del área superficial total. Este gráfico (haga clic para ampliar) muestra la correlación entre el diámetro de las partículas y la superficie total. La superficie y la distancia media entre partículas pueden influir en la reología de un líquido.

Si existe una diferencia en la gravedad específica entre las partículas y el líquido, la homogeneidad de la mezcla puede influir en la estabilidad de la dispersión. Si el tamaño de partícula es similar para la mayoría de partículas, la tendencia a aglomerarse durante su sedimentación o su ascenso a la superficie se reduce, ya que las partículas similares tienen una velocidad similar de flotación o sedimentación.

Homogeneizador de alta presión

El mecanismo más común para homogeneizar líquidos es la homogeneización a alta presión, en la que el líquido se hace pasar a alta presión (aproximadamente 2000 barg) a través de una válvula de homogeneización. Cuando atraviesa la válvula, el líquido se ve sometido a un brevísimo ciclo de alta-baja presión (aproximadamente, 50 microsegundos).
Aunque este mecanismo funciona bien para partículas pequeñas y blandas, como los glóbulos de grasa de la leche, tiene sus limitaciones cuando se utiliza para dispersiones de materiales duros y abrasivos, como pigmentos, líquidos de pulido u óxidos metálicos, fibras o materiales fibrosos, como purés de frutas, algas o lodos. Esto se debe a las altas velocidades a que se somete el líquido (hasta 120m/s) y a los pequeños orificios de las válvulas utilizadas. A medida que el material abrasivo circula por la bomba y pasa por orificio de la válvula, provoca su desgaste, reduciendo la eficiencia y la vida útil de la bomba y la válvula.

Ventajas de la homogeneización ultrasónica

La homogeneización por ultrasonidos es muy eficaz para reducir partículas blandas y duras. La homogeneización ultrasónica se basa en la cavitación. Cuando se expone un líquido a una ultrasonicación intensa, las ondas acústicas se propagan a través del líquido produciendo ciclos alternantes de alta y baja presión (aproximadamente 20000 ciclos/segundo). Durante los ciclos de baja presión, se crean en el seno del líquido pequeñas burbujas de vacío de alta intensidad, a medida que se alcanza la presión de vapor del líquido.
Cuando las burbujas alcanzan un cierto tamaño, colapsan violentamente en un ciclo de alta presión. A causa de esta implosión, se generan localmente presiones muy elevadas y chorros de líquido a alta velocidad. Las corrientes y turbulencias resultantes rompen los aglomerados de partículas y originan violentas colisiones entre las partículas.

Reactor flujo ultrasónico de acero inoxidable para la sonicación de líquidos.Una ventaja importante de los homogeneizadores ultrasónicos radica en el reducido número de partes sumergidas y móviles, lo que reduce el desgaste por fricción y el tiempo de limpieza. Sólo hay dos componentes en contacto con el líquido: el sonotrodo y el reactor de flujo. Ambos presentan geometrías simples y no tienen orificios pequeños u ocultos.

Otra ventaja consiste en el control exacto de los parámetros operativos que influyen en la cavitación. Los procesadores ultrasónicos de Hielscher se pueden utilizar en un rango de amplitudes de oscilación desde aproximadamente 1 a 200 micras. La presión del líquido puede variar de 0 a aproximadamente 500 psig. Puesto que la amplitud y la presión son los parámetros más influyentes, el amplio rango de operación para cada parámetro permite desde un procesamiento muy suave a uno muy destructivo.

Los dispositivos ultrasónicos Hielscher mantienen constante la amplitud. De esta forma, la amplitud seleccionada se mantendrá estable bajo todas las condiciones de funcionamiento. Esto se traduce en que la ultrasonicación sea controlable y repetible. Una sonicación con idénticos parámetros operativos garantiza unos resultados coherentes y reproducibles. Esto es crucial para asegurar la calidad del producto final y para escalar los resultados del proceso desde el laboratorio hasta la escala de producción.

Homogeneización a cualquier escala

Hielscher ofrece homogeneizadores ultrasónicos para su uso en el laboratorio y a escala de producción.Hielscher fabrica dispositivos ultrasónicos para homogeneizar cualquier volumen de muestra para lotes o un continuo procesamiento. Dispositivos ultrasónicos de laboratorio pueden utilizarse para volúmenes desde 1,5 ml hasta aproximadamente 2 l. Los dispositivos ultrasónicos industriales se usan para optimizar el proceso y producir lotes de entre 0,5 hasta aproximadamente 2000 l o flujos de 0,1 l hasta 20 m³ por hora.

La siguiente tabla presenta indicaciones generales para cada dispositivo según el volumen del lote o el flujo a procesar. Haga clic en cada dispositivo para obtener más información sobre el mismo.

Volumen del loteTasa de flujoDispositivos recomendados
0,5 a 1,5 mLn.a.VialTweeter
1 a 500 mL10 a 200 mL/min.UP100H
10 a 2000 mL20 a 400 mL/min.UP200Ht, UP400S
0,1 a 20 L0,2 a 4 L/minUIP2000hdT
10 a 100 L2 a 10 L/minUIP4000
n.a.10 a 100 L/minUIP16000
n.a.mayorGrupo de UIP16000

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