Tecnología de ultrasonido de Hielscher

homogeneizadores ultrasónicos

Los homogeneizadores ultrasónicos son herramientas poderosas para mezclar y homogeneizar suspensiones sólido-líquido y líquido-líquido. La homogeneización ultrasónica es un proceso mecánico para reducir las partículas en un líquido de modo que se vuelvan uniformemente pequeñas y se distribuyan uniformemente. Hielscher ofrece potentes homogeneizadores ultrasónicos para su aplicación a escala de laboratorio y de producción.

Impacto de los homogeneizadores ultrasónicos

Cuando se utilizan homogeneizadores ultrasónicos para aplicaciones como mezclar, dispersar y emulsionar, el objetivo es reducir pequeñas partículas o gotitas en un líquido o lodo para mejorar la uniformidad y estabilidad de la mezcla. Estas partículas (fase de dispersión) pueden ser tanto sólidas como líquidas. Una reducción en el diámetro medio de las partículas aumenta el número de partículas individuales. Esto conduce a una reducción de la distancia media de las partículas y aumenta el área de la superficie de las partículas. El 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.

Homogeneizadores de alta presión

El mecanismo más común para la homogeneización es la homogeneización a alta presión. Allí, el líquido es prensado a alta presión (aprox. 2000 barg) a través de una válvula homogeneizadora. Al pasar la válvula, el líquido pasa por un ciclo corto (aprox. 50 microsegundos) de alta presión y baja presión.
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.

Homogeneizadores ultrasónicos instalados como cluster de 7x UIP1000hdT (7x 1kW)

7 homogeneizadores ultrasónicos UIP1000hdT (7x 1kW de potencia ultrasónica) instalado como cluster

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Ventajas de los homogeneizadores ultrasónicos

En comparación con los métodos de homogeneización convencionales, los homogeneizadores ultrasónicos destacan por las siguientes cualidades:

  • Los homogeneizadores ultrasónicos producen pequeñas partículas / gotitas y un curva de distribución estrecha.
  • Los homogeneizadores ultrasónicos pueden manejar concentraciones de sólidos elevadas.
  • Los homogeneizadores ultrasónicos preparan estable suspensiones, dispersiones y emulsiones.
  • Los homogeneizadores ultrasónicos son Precisamente controlable ya que los parámetros importantes del proceso (p. ej. amplitud, potencia, tiempo, temperatura y presión) pueden ser influenciados y ajustados.
  • Los homogeneizadores ultrasónicos son muy eficaz, energéticamente eficiente y fácil de usar y seguro para operar.

Los homogeneizadores ultrasónicos son muy eficientes para la reducción de partículas blandas y duras. La homogeneización se basa en la cavitación. Cuando los líquidos están expuestos a una intensa ultrasonicación, las ondas sonoras se propagan a través del líquido causando ciclos alternados de alta y baja presión (aproximadamente 20000 ciclos/segundo). Durante el ciclo de baja presión, se crean pequeñas burbujas de vacío de alta intensidad en el líquido, 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 es el control exacto sobre los parámetros de funcionamiento que influyen en la cavitación. Los homogeneizadores ultrasónicos de Hielscher se pueden utilizar con amplitudes de oscilación de aprox. 1 a 200 micras. La presión del líquido puede variar de 0 a aprox. 500 psig. Como la amplitud y la presión son los parámetros más influyentes, el amplio rango operativo de cada parámetro permite un procesamiento muy suave a muy destructivo.

Hielscher's UP100H (100W) and UP400St (400W) for extraction of plant material.

Potentes homogeneizadores ultrasónicos UP100H y UP400St

Los homogeneizadores ultrasónicos de Hielscher están controlados por amplitud. De este modo, la amplitud ajustada se mantendrá en todas las condiciones de funcionamiento. Esto hace que la ultrasonicación sea controlable y repetible. La sonicación bajo parámetros operativos idénticos producirá resultados consistentes y reproducibles. Esto es importante para la calidad del material producido y para la ampliación de los resultados del proceso desde el laboratorio hasta el nivel de producción.

Homogeneizadores ultrasónicos para tejidos

Además de la preparación de dispersiones y emulsiones, los homogeneizadores ultrasónicos están firmemente establecidos en biotecnología, biología celular y molecular, y ciencias de la vida para la lisis y fraccionamiento celular, disrupción de tejidos, extracción de compuestos intracelulares, así como el corte de ADN, ARN y cromatina. Los homogeneizadores ultrasónicos están disponibles para la preparación de muestras de volúmenes pequeños (0,1 ml) hasta volúmenes muy grandes para procesos industriales (por ejemplo, extracción de compuestos bioactivos para la fabricación de suplementos).
Con el fin de interrumpir el tejido con un homogeneizador ultrasónico, se utiliza una solución tampón isotónica para detener el daño osmótico. Los homogeneizadores ultrasónicos de Hielscher vienen con un sensor de temperatura y un ajuste de control de temperatura, que permiten mantener las muestras en un rango de temperatura bien controlado.

Homogeneizadores ultrasónicos para cualquier escala

Hielscher ofrece homogeneizadores ultrasónicos para su uso en el laboratorio y a escala de producción.Hielscher produce homogeneizadores ultrasónicos para la homogeneización de cualquier volumen de muestra por lotes o un continuo procesamiento. Homogeneizadores ultrasónicos de laboratorio pueden utilizarse para volúmenes desde 1,5 ml hasta aproximadamente 2 l. Los Homogeneizadores industriales por ultrasonidos 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.

En la siguiente tabla se indican las recomendaciones generales del equipo en función del volumen del lote o del caudal a procesar. Haga clic en el tipo de dispositivo para obtener más información sobre cada homogeneizador ultrasónico.

Volumen del lote Tasa de flujo Dispositivos 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
n.a. 10 a 100 L/min UIP16000
n.a. mayor Grupo de UIP16000

Homogeneizadores ultrasónicos para aplicaciones de alto rendimiento

Los homogeneizadores ultrasónicos de Hielscher son el caballo de batalla para la mezcla y homogeneización. Los homogeneizadores ultrasónicos de laboratorio son compactos y una herramienta fiable para la eficiente y rápida dispersión y emulsificación de muestras pequeñas y medianas. Los homogeneizadores ultrasónicos industriales de Hielscher son eficaces y superan las técnicas de homogeneización tradicionales, como los homogeneizadores de alta presión o los molinos de bolas. Los homogeneizadores industriales de Hielscher pueden ofrecer amplitudes muy altas y, por lo tanto, son excepcionalmente potentes en los procesos de mezcla, dispersión y molienda. Amplitudes de hasta 200µm pueden ser fácilmente ejecutadas de forma continua en funcionamiento 24 horas al día, 7 días a la semana. Para amplitudes aún mayores, se dispone de sonotrodos ultrasónicos personalizados. La robustez de los equipos de ultrasonidos de Hielscher permite un funcionamiento ininterrumpido en entornos de trabajo pesado y exigentes.
Nuestros clientes están satisfechos con la extraordinaria robustez y fiabilidad de Hielscher Ultrasonics’ homogeneizadores. La instalación en campos de aplicación de servicio pesado, ambientes exigentes y operación 24/7 aseguran un procesamiento eficiente y económico. La intensificación del proceso por ultrasonidos reduce el tiempo de procesamiento y logra mejores resultados, es decir, mayor calidad, mayor rendimiento y productos innovadores.

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Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrasónicos de alto rendimiento para dispersión, emulsificación y extracción celular.

Homogeneizadores ultrasónicos de alta potencia de laboratorio para pilotar y Uso industrial escala.



Información interesante

Aplicaciones de los homogeneizadores ultrasónicos tipo sonda

El campo de aplicación, en el que se utilizan con éxito los homogeneizadores con sonda de ultrasonidos, abarca procesos múltiples en diversas industrias. Las aplicaciones más destacadas de los ultrasonidos incluyen la preparación de suspensiones, dispersiones y emulsiones, la molienda en húmedo de micro y nanopartículas, la disolución de polvos y tabletas, la producción de extractos a partir de productos botánicos, la lisis celular, la extracción y posterior cizallamiento del ADN, ARN y cromatina, extracción de proteínas, encapsulación de APIs en liposomas y reacciones ecoquímicas, donde se utilizan potentes ondas de ultrasonido para iniciar y acelerar las recciones (sono-catálisis, sono-síntesis), para aumentar la transferencia de masa y para cambiar las vías de reacción.