Homogeneizadores ultrasónicos para el procesamiento a escala de laboratorio, piloto e industrial
Los homogeneizadores ultrasónicos son herramientas potentes para mezclar y homogeneizar suspensiones sólido-líquido y líquido-líquido. La homogeneización ultrasónica es un proceso mecánico que reduce el tamaño de las partículas en un líquido para que sean uniformemente pequeñas y estén distribuidas de manera homogénea. Hielscher ofrece potentes homogeneizadores ultrasónicos para aplicaciones a escala de laboratorio y de producción.
Homogeneizadores ultrasónicos para una mezcla, dispersión, emulsificación y reducción del tamaño de partículas fiables
Los homogeneizadores ultrasónicos de Hielscher generan una cavitación potente y controlable para producir mezclas uniformes, dispersiones finas, emulsiones estables, nanoemulsiones, lisados celulares y partículas de menor tamaño. Desde pequeñas muestras de laboratorio hasta la producción industrial continua, los sonicadores de Hielscher proporcionan resultados de homogeneización reproducibles para la investigación, el desarrollo de productos y la fabricación.
Tanto si necesita procesar mililitros en el laboratorio como optimizar una formulación a escala piloto o realizar una producción en línea con alta capacidad de procesamiento, Hielscher ofrece homogeneizadores ultrasónicos con un control preciso de la amplitud, el tiempo, la temperatura, la presión y el aporte de energía. Esto convierte la homogeneización ultrasónica en una alternativa escalable, repetible y eficiente a los mezcladores de rotor-estator, los molinos de perlas y los homogeneizadores de alta presión.
Por qué elegir un homogeneizador ultrasónico:
- Homogeneización potente: Obtenga dispersiones finas, emulsiones, nanoemulsiones y suspensiones uniformes.
- Control preciso del proceso: Ajuste la amplitud, la potencia, el tiempo, la temperatura y la presión para obtener resultados reproducibles.
- Desde el laboratorio hasta la escala industrial: Procese pequeñas muestras, grandes lotes o corrientes de flujo continuo.
- Compatible con materiales exigentes: Adecuado para partículas abrasivas, suspensiones con alto contenido de sólidos, materiales fibrosos, líquidos viscosos y formulaciones complejas.
- Funcionamiento por lotes y en línea: Utilice recipientes abiertos, vasos de precipitados, reactores o celdas de flujo.
- Diseño de bajo mantenimiento: Las geometrías sencillas del sonotrodo y de la celda de flujo reducen el esfuerzo de limpieza y el desgaste.
- Diseñado para funcionar 24/7: Los sistemas ultrasónicos industriales están diseñados para el procesamiento continuo en condiciones exigentes.
Indíquenos su volumen de procesamiento, el tamaño objetivo de las partículas o gotas, la viscosidad, el contenido de sólidos y la capacidad de procesamiento requerida. Le recomendaremos el sonicador de laboratorio, piloto o industrial más adecuado.
Homogeneizador ultrasónico UIP1000hdT, un potente sonicador de 1000 vatios para nanodispersiones y nanoemulsiones
Aplicaciones e impacto de los homogeneizadores ultrasónicos
Los homogeneizadores ultrasónicos son mezcladores potentes y fiables que se utilizan en el laboratorio y en la industria para numerosas aplicaciones.
Un homogeneizador ultrasónico puede utilizarse para diversas aplicaciones, entre ellas:
- Homogeneización: Los homogeneizadores ultrasónicos permiten homogeneizar muestras para obtener mezclas uniformes y de composición consistente.
- Dispersión: Los homogeneizadores ultrasónicos pueden utilizarse para dispersar partículas sólidas en líquidos y obtener suspensiones estables. La ultrasonicación es extraordinariamente eficiente para obtener nanodispersiones.
- Emulsificación: Los homogeneizadores ultrasónicos pueden utilizarse para obtener emulsiones y nanoemulsiones estables mediante la fragmentación y dispersión de líquidos inmiscibles, como el aceite y el agua.
- Ruptura celular: Los homogeneizadores ultrasónicos pueden romper las células para extraer componentes intracelulares como proteínas, ácidos nucleicos, enzimas y metabolitos.
- Desgasificación: Los homogeneizadores ultrasónicos pueden utilizarse para eliminar los gases disueltos en líquidos, por ejemplo, para desgasificar disolventes de HPLC o fluidos de refrigeración.
- Reacciones químicas asistidas por ultrasonidos: Los homogeneizadores ultrasónicos también pueden utilizarse para reacciones químicas asistidas por sonicación, como la síntesis sonoquímica, la catálisis o la degradación.
En conjunto, los homogeneizadores ultrasónicos son herramientas versátiles que pueden utilizarse para una amplia variedad de aplicaciones en investigación, desarrollo y procesos industriales.
Sonicador industrial UIP4000hdT con celdas de flujo para la producción continua en línea
Ultrasonidos de potencia para la reducción del tamaño de partículas:
Cuando se utilizan homogeneizadores ultrasónicos para aplicaciones como la mezcla, la dispersión y la emulsificación, el objetivo es reducir el tamaño de pequeñas partículas o gotas en un líquido o una suspensión para mejorar la uniformidad y la estabilidad de la mezcla. Estas partículas (fase dispersa) pueden ser sólidas o líquidas. Una reducción del diámetro medio de las partículas aumenta el número de partículas individuales. Esto reduce la distancia media entre las partículas y aumenta su superficie. El gráfico muestra la correlación entre el diámetro de las partículas individuales y la superficie total. La superficie y la distancia media entre las partículas pueden influir en la reología de un líquido.
Si existe una diferencia de densidad relativa entre las partículas y el líquido, la homogeneidad de la mezcla puede influir en la estabilidad de la dispersión. Si la mayoría de las partículas tienen un tamaño similar, disminuye la tendencia a aglomerarse durante la sedimentación o el ascenso, ya que las partículas similares presentan una velocidad similar de ascenso o sedimentación.
Las dispersiones ultrasónicas presentan una distribución uniforme del tamaño de las partículas, cuyo tamaño se ha reducido de forma homogénea. Las curvas muestran la distribución de las partículas de sílice antes del tratamiento con ultrasonidos (curva verde) y después de la dispersión ultrasónica (curva roja).
Homogeneizadores ultrasónicos frente a homogeneizadores de alta presión
Los homogeneizadores de alta presión hacen pasar el líquido a través de una válvula de homogeneización a una presión muy elevada. Esto puede funcionar bien para partículas blandas o gotas, como los glóbulos de grasa de la leche. Sin embargo, esta página señala que los homogeneizadores de alta presión pueden presentar limitaciones al procesar materiales duros, abrasivos, fibrosos o filamentosos, porque las elevadas velocidades del líquido y los pequeños orificios de las válvulas provocan desgaste y reducen la vida útil de la bomba o de la válvula.
Los homogeneizadores ultrasónicos funcionan de manera diferente. En lugar de hacer pasar el material a través de un pequeño orificio de válvula, introducen energía mecánica en el líquido mediante un sonotrodo vibrante. Esto genera cavitación directamente en el medio de proceso.
Ventajas de los homogeneizadores ultrasónicos
- Sin pequeños orificios de válvula que puedan obstruirse fácilmente
- Adecuados para materiales abrasivos y fibrosos
- Ajuste sencillo de la intensidad del proceso
- Opciones de procesamiento por lotes y continuo
- Pocas piezas en contacto con el líquido y pocas piezas móviles
- Desaglomeración eficiente de partículas y reducción del tamaño de gotas
- Gran capacidad de escalado desde las pruebas de laboratorio hasta la producción
Homogeneizadores ultrasónicos para las escalas de laboratorio, piloto e industrial
Hielscher ofrece homogeneizadores ultrasónicos para una amplia variedad de volúmenes y capacidades de procesamiento. Los homogeneizadores ultrasónicos de laboratorio se utilizan para la preparación de pequeñas muestras, las pruebas de formulaciones, el procesamiento de muestras biológicas y la I+D. Los equipos de ultrasonicación piloto e industriales se utilizan para el desarrollo de procesos, el escalado, la producción y el procesamiento continuo en línea.
Esta página indica un amplio intervalo de escalas: los homogeneizadores ultrasónicos de laboratorio pueden procesar volúmenes de aproximadamente 1,5 mL a 5 L, mientras que los homogeneizadores ultrasónicos industriales pueden procesar lotes de aproximadamente 0,5 a 2000 L o caudales de 0,1 L a 20 m³ por hora.
| Clase de homogeneizador | Ideal para | Aplicaciones habituales |
|---|---|---|
| Homogeneizadores de laboratorio | Sonicadores de sonda compactos para pequeñas muestras, trabajos de laboratorio, I+D y desarrollo de formulaciones. | Preparación de muestras, ruptura celular, extracción de DNA, RNA y proteínas, emulsiones en pequeños lotes, dispersión de nanopartículas, evaluación de formulaciones y pruebas de viabilidad. |
| Homogeneizadores a escala piloto | Sistemas piloto para el desarrollo de procesos, los estudios de escalado, la optimización de parámetros y la producción de lotes de prueba. | Optimización de la amplitud, el aporte de energía, el tiempo y la temperatura, desarrollo de parámetros de escalado, pruebas de flujo continuo, producción de lotes de prueba y validación de la viabilidad económica del proceso. |
| Homogeneizadores industriales | Sistemas ultrasónicos industriales para el procesamiento a gran escala, la producción continua y la fabricación con alta capacidad de procesamiento. | Producción continua, homogeneización de grandes lotes, dispersión de grandes volúmenes, emulsificación en línea, molienda húmeda, intensificación de procesos y fabricación 24/7. |
Selección del homogeneizador ultrasónico adecuado
El homogeneizador ultrasónico más adecuado depende del objetivo del proceso y de las propiedades del material. Para obtener una recomendación de equipo fiable, tenga en cuenta los siguientes parámetros:
- Volumen de la muestra o del lote
- Caudal continuo
- Viscosidad del líquido
- Contenido de sólidos
- Dureza de las partículas
- Tamaño inicial de las partículas o gotas
- Tamaño objetivo de las partículas o gotas
- Sensibilidad a la temperatura
- Tiempo de procesamiento requerido
- Necesidad de refrigeración o de control de la presión
- Funcionamiento por lotes, con recirculación o en línea con una sola pasada
- Requisitos de limpieza y de compatibilidad de materiales
A partir de estos parámetros del proceso, podemos recomendar un homogeneizador ultrasónico, un sonotrodo, un amplificador de amplitud, una celda de flujo y un sistema de refrigeración adecuados.
¿Por qué comprar un homogeneizador ultrasónico de Hielscher?
Los homogeneizadores ultrasónicos de Hielscher están diseñados para ofrecer una cavitación fiable, un control reproducible del proceso y una larga vida útil. Los sistemas están diseñados para su uso en laboratorios, plantas piloto y entornos industriales.
La página existente indica que los equipos de ultrasonicación de Hielscher cuentan con control de amplitud, lo que significa que la amplitud seleccionada se mantiene en condiciones de funcionamiento. También destaca que unos parámetros de sonicación idénticos favorecen resultados consistentes y reproducibles, algo importante para la calidad del producto y el escalado.
Ventajas de los sonicadores de Hielscher:
- Procesadores ultrasónicos de alto rendimiento desde la escala de laboratorio hasta la industrial
- Control preciso de la amplitud
- Potencia, tiempo, temperatura y presión ajustables
- Procesamiento por lotes y en línea
- Sonotrodos y celdas de flujo robustos
- Pocas piezas en contacto con el líquido y limpieza sencilla
- Adecuados para materiales abrasivos, fibrosos y con alto contenido de sólidos
- Sistemas industriales para funcionamiento 24/7
- Asesoramiento sobre procesos y asistencia para aplicaciones
- Calidad alemana de diseño y fabricación
La siguiente tabla ofrece recomendaciones generales de equipos según el volumen del lote o el caudal que se deba procesar. Haga clic en el modelo de sonicador para obtener más información sobre cada homogeneizador ultrasónico.
| Volumen del lote | Caudal | Equipos recomendados |
|---|---|---|
| 0,5 a 1,5 mL | n.a. | VialTweeter |
| 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 |
| 15 a 150 L | 3 a 15 L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 a 100 L/min | UIP16000 |
| n.a. | superior | conjunto de UIP16000 |
Homogeneizadores ultrasónicos de tejidos
Además de la preparación de dispersiones y emulsiones, los homogeneizadores ultrasónicos están firmemente establecidos en la biotecnología, la biología celular y molecular y las ciencias de la vida para la lisis y el fraccionamiento celular, la disgregación de tejidos, la extracción de compuestos intracelulares y la fragmentación por cizallamiento de DNA, RNA y cromatina. Hay homogeneizadores ultrasónicos disponibles para la preparación de muestras de volúmenes muy pequeños (0,1 mL) hasta volúmenes muy grandes destinados a procesos industriales (por ejemplo, la extracción de compuestos bioactivos para la fabricación de suplementos).
Para disgregar tejidos con un homogeneizador ultrasónico, se utiliza una solución tampón isotónica que evita el daño osmótico. Los homogeneizadores ultrasónicos de Hielscher incorporan un sensor de temperatura y una función de control de temperatura que permiten mantener las muestras dentro de un intervalo de temperatura bien controlado.
¡Haga clic aquí para obtener más información sobre los homogeneizadores ultrasónicos de tejidos!
Preguntas frecuentes: homogeneizadores ultrasónicos
¿Qué es un homogeneizador ultrasónico?
Un homogeneizador ultrasónico es un equipo de ultrasonidos de alta potencia que se utiliza para mezclar, dispersar, emulsificar, desaglomerar, disgregar o reducir el tamaño de partículas y gotas en líquidos. Utiliza una sonda vibrante para generar cavitación acústica en el líquido.
¿Cómo funciona la homogeneización ultrasónica?
La homogeneización ultrasónica funciona mediante cavitación acústica. Los ultrasonidos de alta intensidad generan burbujas microscópicas que colapsan violentamente. Esto produce fuerzas de cizallamiento, turbulencias y colisiones entre partículas que reducen el tamaño de las partículas o gotas y mejoran la uniformidad de la mezcla.
¿Para qué se utiliza un homogeneizador ultrasónico?
Los homogeneizadores ultrasónicos se utilizan para la dispersión, la emulsificación, la nanoemulsificación, la molienda húmeda, la reducción del tamaño de partículas, la lisis celular, la disgregación de tejidos, la desgasificación, la extracción y las reacciones sonoquímicas.
¿Cuál es la diferencia entre un homogeneizador ultrasónico y un sonicador de sonda?
Estos términos se utilizan a menudo para el mismo tipo de equipo. Un sonicador de sonda es un homogeneizador ultrasónico que transfiere los ultrasonidos directamente al líquido a través de una sonda o un sonotrodo.
¿Pueden los homogeneizadores ultrasónicos producir nanoemulsiones?
Sí. Los homogeneizadores ultrasónicos se utilizan ampliamente para producir emulsiones finas y nanoemulsiones mediante la reducción del tamaño de las gotas y la mejora de su distribución en sistemas de aceite en agua o de agua en aceite.
¿Pueden los homogeneizadores ultrasónicos dispersar nanopartículas?
Sí. Los homogeneizadores ultrasónicos son muy eficaces para dispersar nanopartículas y romper aglomerados de partículas en líquidos. Se utilizan para materiales como sílice, pigmentos, grafito, grafeno, CNTs, óxidos metálicos, cerámicas y catalizadores.
¿Son adecuados los homogeneizadores ultrasónicos para materiales abrasivos?
Sí. Los homogeneizadores ultrasónicos son adecuados para muchas partículas abrasivas o duras porque no dependen de pequeños orificios de válvula como los homogeneizadores de alta presión. Esta página de Hielscher identifica específicamente materiales abrasivos como pigmentos, medios de pulido y óxidos metálicos como materiales difíciles de procesar para los homogeneizadores de alta presión.
¿Pueden los homogeneizadores ultrasónicos procesar líquidos viscosos?
Sí. Los homogeneizadores ultrasónicos pueden procesar muchos líquidos viscosos y suspensiones. La configuración óptima depende de la viscosidad, la geometría del recipiente, el caudal, el tamaño del sonotrodo y los requisitos de refrigeración.
¿Puede escalarse la homogeneización ultrasónica?
Sí. La homogeneización ultrasónica puede escalarse desde las pruebas de laboratorio hasta la producción piloto e industrial. Hielscher ofrece homogeneizadores ultrasónicos para pequeños volúmenes de muestra, grandes lotes y procesamiento continuo en línea.
¿Qué parámetros controlan la homogeneización ultrasónica?
Entre los parámetros importantes se incluyen la amplitud, el tiempo de sonicación, el aporte de energía, la temperatura, la presión, el volumen de líquido, el caudal, la viscosidad, la concentración de partículas y la geometría del sonotrodo.
¿Es reproducible la homogeneización ultrasónica?
Sí, cuando se controlan los parámetros del proceso. Los homogeneizadores ultrasónicos de Hielscher cuentan con control de amplitud, lo que favorece unas condiciones de sonicación repetibles y resultados consistentes.
¿Qué homogeneizador ultrasónico de Hielscher debo elegir?
El modelo adecuado depende del volumen de muestra, el caudal, la viscosidad, la concentración de sólidos, el tamaño objetivo de las partículas o gotas y de si el proceso se realiza por lotes o en línea. Los usuarios de laboratorio suelen elegir equipos de ultrasonicación compactos, mientras que los usuarios industriales seleccionan sistemas de alta potencia con celdas de flujo o reactores.
Bibliografía / Referencias
-
1000hd
- Badgujar, N.P.; Bhoge, Y.E.; Deshpande, T.D.; Bhanvase, B.A.; Gogate, P.R.; Sonawane, S.H.; Kulkarni, R.D. (2015): Ultrasound assisted organic pigment dispersion: advantages of ultrasound method over conventional method. Pigment; Resin Technology, Vol. 44 No. 4, 2015. 214-223.
- Seyed Mohammad Mohsen Modarres-Gheisari, Roghayeh Gavagsaz-Ghoachani, Massoud Malaki, Pedram Safarpour, Majid Zandi (2019): Ultrasonic nano-emulsification – A review. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 52, 2019. 88-105.
- Alex Patist, Darren Bates (2008): Ultrasonic innovations in the food industry: From the laboratory to commercial production. Innovative Food Science & Emerging Technologies, Volume 9, Issue 2, 2008. 147-154.
- Almir Draganović, Antranik Karamanoukian, Peter Ulriksen, Stefan Larsson (2020): Dispersion of microfine cement grout with ultrasound and conventional laboratory dissolvers. Construction and Building Materials, Volume 251, 2020.
- Anastasia V. Tyurnina, Iakovos Tzanakis, Justin Morton, Jiawei Mi, Kyriakos Porfyrakis, Barbara M. Maciejewska, Nicole Grobert, Dmitry G. Eskin 2020): Ultrasonic exfoliation of graphene in water: A key parameter study. Carbon, Vol. 168, 2020.
7 homogeneizadores ultrasónicos UIP1000hdT (7x 1 kW de potencia ultrasónica) instalados como un conjunto para el procesamiento industrial con alta capacidad de procesamiento
Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrasónicos de alto rendimiento desde la escala de laboratorio hasta la escala industrial.