Ultrasonidos y sondas para procesamiento de líquidos
Los ultrasonicadores Hielscher se utilizan para muestras de laboratorio, procesamiento a escala piloto o producción a escala completa. Incluyen procesadores de ultrasonidos y sondas para la ultrasonicación de cualquier volumen de líquido, desde varios microlitros hasta cientos de centímetros cúbicos por hora. Hielscher Ultrasonics suministra sonicadores de alto rendimiento y equipos de ultrasonidos de alta intensidad relacionados para la investigación y la industria.
La necesidad de tratar líquidos con cavitación ultrasónica se presenta en muchos tamaños: Muestras de tejidos en pequeños viales, muestras de pintura enlatada, lotes de reactores o flujo continuo de material. Hielscher ofrece dispositivos ultrasónicos para cualquier volumen de líquido. Por ejemplo, el UP100H es un compacto sonicador de mano tipo sonda para hasta 500mL. El potente ultrasonicador de 400 vatios UP400St es un potente homogeneizador de laboratorio para hasta 2000mL. Y con el UIP1000hdT de calidad industrial, ofrecemos un potente mezclador ultrasónico tipo sonda para el desarrollo de aplicaciones y la producción a pequeña escala. Para objetivos de producción mayores, Hielscher ofrece sonicadores de 4000 vatios, 6000 vatios, 10kW y 16kW. En la tabla siguiente se enumeran todos los dispositivos ultrasónicos estándar de laboratorio e industriales.
Homogeneizadores ultrasónicos de laboratorio
| VialTweeter en UP200St | 200W | 26kHz | Ultrasonicación de pequeños viales, p.ej., Eppendorf 1,5 mL |
| UP50H | 50W | 30 kHz | Homogeneizador de uso manual o montado sobre soporte |
| UP100H | 100W | 30 kHz | Homogeneizador de uso manual o montado sobre soporte |
| UP200Ht | 200W | 26kHz | Homogeneizador de uso manual o montado sobre soporte |
| UP200St | 200W | 26kHz | Homogeneizador de laboratorio montado sobre soporte |
| UP400St | 400W | 24kHz | Homogeneizador de laboratorio montado sobre soporte |
| SonoStep | 200W | 26kHz | Reactor de laboratorio que combina sonicador, bomba, agitador y reactor |
| GDmini2 | 200W | 26kHz | Celda de flujo estéril |
| CupHorn | 200W | 26kHz | baño ultrasónico intenso para viales y vasos de precipitados |
| UIP400MTP | 400W | 24kHz | sistema ultrasónico para placas de pocillos múltiples / placas microtiter |
| tamizadora | 200W | 26kHz | potente tamizadora ultrasónica |
ultrasonicadores industriales
| UIP500hdT | 0,5 kW | 20 kHz | homogeneizador ultrasónico industrial |
| UIP1000hdT | 1,0 kW | 20 kHz | homogeneizador ultrasónico industrial |
| UIP1500hdT | 1,5 kW | 20 kHz | homogeneizador ultrasónico industrial |
| UIP2000hdT | 2,0 kW | 20 kHz | homogeneizador ultrasónico industrial |
| UIP4000hdT | 4,0 kW | 20 kHz | homogeneizador ultrasónico industrial |
| UIP6000hdT | 6,0 kW | 20 kHz | homogeneizador ultrasónico industrial |
| UIP10000 | 10,0 kW | 18 kHz | homogeneizador ultrasónico industrial |
| UIP16000 | 16,0 kW | 18 kHz | homogeneizador ultrasónico industrial |
Aplicaciones y procesos ultrasónicos
Mezcla por ultrasonidos
Mientras que los tanques agitadores pueden mezclar fácilmente líquidos miscibles con viscosidades similares, los líquidos con diferente viscosidad o más viscosos pueden requerir elevadas fuerzas mecánicas de cizallamiento para conseguir una mezcla rápida y completa. Nuestros aparatos de ultrasonidos pueden mezclar fácilmente dos o más líquidos en línea. Para ello, los diferentes líquidos se han de combinar justo antes de la celda de flujo ultrasónica. ¡Lea más sobre procesos de mezcla!
Homogeneización por ultrasonidos
Los homogeneizadores ultrasónicos de Hielscher son muy efectivos para conseguir un tamaño de glóbulos o partículas pequeño y uniforme a la hora de procesar formulaciones de polvo-líquido o líquido-líquido. Las altas fuerzas de cizallamiento hidráulico generadas por los ultrasonidos rompen los aglomerados, las gotas y los tejidos celulares en fragmentos más pequeños produciendo un producto de tamaño uniformemente fino. Nuestra gama de homogeneizadores abarca cualquier volumen de procesamiento, desde viales de laboratorio hasta la producción a granel. ¡Lea más sobre procesos de homogeneización!
Desaglomeración por ultrasonidos
Los homogeneizadores por ultrasonidos de Hielscher son capaces de romper los aglomerados de polvo dentro de líquidos que los agitadores y mezcladores de alto cizallamiento convencionales no logran romper. El elevado esfuerzo de cizalla cavitacional dispersa y homogeneiza los aglomerados de partículas y generando así una mayor superficie específica. Los homogeneizadores ultrasónicos de Hielscher pueden montarse fácilmente tanto en procesos continuos como discontinuos. ¡Lea más sobre desaglomeración!
Dispersión ultrasónica
Para casi todos los productos, es importante que las partículas estén separadas de otras para ampliar la superficie de las partículas y conseguir una distribución uniforme. Las dispersiones uniformes pueden conseguirse fácilmente mediante ultrasonidos. Los ultrasonicadores de Hielscher se utilizan ampliamente para la producción de dispersiones de tamaño fino en el rango micrométrico y nanométrico. ¡Lea más sobre procesos de dispersión!
Emulsificación por ultrasonidos
Cuando se mezclan líquidos inmiscibles en una emulsión, la distribución y el tamaño de las gotas son un factor clave para la estabilidad de la emulsión. Los ultrasonidos pueden crear gotas muy finas y con una distribución uniforme de tamaños. En la mayoría de los casos, nuestros mezcladores ultrasónicos pueden generar gotas de un tamaño inferior a la micra para producir emulsiones tanto en procesos discontinuos como en línea. A diferencia de homogeneizadores de alta presión, el alto cizallamiento producido por nuestros dispositivos de ultrasonidos emulsificará incluso líquidos de alta viscosidad, como el fuel oil pesado (HFO). Para algunas formulaciones puede ser necesario añadir emulsionantes o estabilizadores. En este caso, los ultrasonidos le ayudan a mezclar el emulsionante uniformemente. ¡Lea más sobre emulsificación!
disolución por ultrasonidos
Los homogeneizadores por ultrasonidos son un medio eficiente y fiable para solubilizar diversos materiales, tales como sales, azúcares, jarabes, resinas y polímeros. Las corrientes de líquido a alta velocidad creadas por la cavitación ultrasónica aumentan la transferencia de masas en las capas exteriores. De esta manera, se consigue disolver de forma más rápida y completa partículas (leaching) o líquidos de alta viscosidad. ¡Lea más sobre disolución por ultrasonidos!
Reducción ultrasónica del tamaño de las partículas
Los procesadores de ultrasonidos de Hielscher pueden romper aglomerados, agregados y partículas primarias de diferentes materiales, tales como pigmentos, óxidos metálicos o cristales. Los ultrasonidos pueden producir partículas con una distribución de tamaño estrecha y muy uniforme, con poca o ninguna variación entre tanques. La reducción de tamaño por ultrasonidos es más eficiente en el rango comprendido entre las 500 micras y el submicrométrico y nanométrico. Nuestros reactores ultrasónicos pueden procesar grandes cargas de sólidos y lodos de alta viscosidad. El tamaño final de las partículas depende de la dureza del producto. ¡Lea más sobre métodos para reducir el tamaño de las partículas!
Más procesos ultrasónicos
Limpieza ultrasónica de superficies con partículas
La superficie de las partículas en polvo es un factor clave para la interacción con el líquido circundante. Es en esta fase sólido/líquido donde tienen lugar los procesos de disolución, las reacciones químicas o la actividad catalítica. La homogeneización ultrasónica aumenta la exposición de la superficie de la partícula a la fase líquida mediante la desaglomeración y la reducción uniformes del tamaño de las partículas. Durante reacciones catalíticas y químicas, la superficie de las partículas puede no estar accesible debido a la deposición de residuos, la formación de capas exteriores, la oxidación y la incrustación. La cavitación ultrasónica genera chorros líquidos de alta velocidad, alta tensión cortante y colisiones interparticulares consiguiendo limpiar la superficie de las partículas. Los aparatos de ultrasonidos de Hielscher pueden utilizarse en reactores discontinuos o en línea para eliminar los residuos de las partículas en un líquido.
agitación ultrasónica
La agitación y agitación por ultrasonidos de tanques requiere equipos fiables, especialmente para viscosidades y volúmenes crecientes. Los agitadores de depósitos convencionales, como los mezcladores de paletas o los mezcladores rotor-estator, están limitados por diversos factores, como la viscosidad y la escalabilidad. Por lo tanto, la agitación ultrasónica de alta potencia de tanques es la elección correcta para su proceso de mezcla debido a su mayor rendimiento, ahorro de tiempo, menores costes operativos, funcionamiento seguro (sin piezas móviles) y mantenimiento sencillo. Más información sobre los agitadores de cubas por ultrasonidos
Hidratación ultrasónica
Cuando se mezclan polvos deshidratados, como pigmentos, espesantes o gomas, con líquidos, las partículas de polvo tienden a formar aglomerados, grumos o los llamados “fish-eyes” (polvos parcialmente hidratados con un núcleo seco). Los mezcladores y agitadores tan solo afectarán a la superficie de estos aglomerados, lo que se traduce en prolongados tiempos de mezcla y en una baja calidad del producto final. La mezcla por ultrasonidos rompe los aglomerados y los grumos consiguiendo así una solución sin coágulos. Además, es bien sabido que los efectos sonoquímicos producen la activación de la superficie de las partículas, lo que supone ventajas como una mayor velocidad de reacción y una mejor calidad del producto.
preparación de muestras por ultrasonidos
Para realizar mediciones con instrumentos analíticos (por ejemplo, con HPLC, espectrometría de absorción atómica, etc.), generalmente se han de solubilizar mayoría de muestras. Si la muestra es soluble, el soluto (por ejemplo, sucralosa, sales, en polvo o pastillas) se disuelve en un solvente (agua, disolventes acuosos u orgánicos, etc.) obteniendo una mezcla homogénea, compuesta por una sola fase. El proceso de disolución se puede llevar a cabo mediante agitación manual o mecánica, que resulta lenta e ineficiente. Otro problema relacionado es la pérdida de volumen de muestra, debido a la propia manipulación o a la falta de reproducibilidad por errores aleatorios o un mezclado heterogéneo.
Ultrasonidos para la activación química
Para iniciar una reacción química, se requiere energía. La energía de activación es la cantidad de energía necesaria para iniciar una reacción y llevarla a cabo espontáneamente. Mediante la transferencia de energía ultrasónica, puede iniciarse la reacción química a medida que se van superando las fuerzas de atracción y se van creando radicales libres. Las reacciones químicas que se pueden beneficiar del uso de ultrasonidos incluyen los procesos sonocatalíticos (p. ej.: la catálisis de transferencia de fase), reacciones de síntesis orgánica, sonolisis y procesos procesos sol-gel. Además, las fuerzas ultrasónicas crean superficies altamente reactivas, lo que supone una importante técnica para aumentar la actividad del catalizador.
Estiramiento por ultrasonidos
El fenómeno de disminución de la viscosidad de un fluido tras la aplicación de tensión cortante se denomina "shear thinning" o tixotropismo. La disminución de la viscosidad tiene significativa importancia cuando la carga de partículas de un medio debe ser modificada. Para conseguir una mayor carga de sólidos, primer paso es reducir la viscosidad. Tras ello, se pueden añadir y dispersar los sólidos en el medio. El esfuerzo cortante generado por la cavitación ultrasónica produce fenómenos de tixotropismo y, por tanto, unos excelentes resultados de dispersión. Esta aplicación se integra principalmente antes de los procesos de secado por atomización o de liofilización para aumentar la capacidad del proceso de pulverización o para alterar la reología de un material tixotrópico, por ejemplo, los polímeros.
Molienda húmeda por ultrasonidos
La molienda y reducción del tamaño de las partículas son procesos clave en muchas ramas de la industria, tales como pinturas & recubrimientos, tintas de inyección & impresión, productos químicos o cosméticos. La tecnología para molienda por ultrasonidos ha demostrado su fiabilidad en la reducción del tamaño y dispersión de partículas en el rango micro y nanométrico. Su inigualable fuerza frente a los molinos de perlas, bolas y guijarros subyace que no emplea ningún elemento de molienda (p.ej., perlas/bolas) que pueda contaminar el producto final debido al desgaste por abrasión. Por el contrario, la molienda ultrasónica se basa en colisión entre partículas, es decir, se utilizan las propias partículas a pulverizar como elementos de molienda. Por tanto, ya no será necesario invertir más tiempo en limpiar estos elementos. También es posible procesar flujos de alta viscosidad y volumen obteniendo un producto de elevada calidad. Para integrar los aparatos de molienda por ultrasonidos en una línea de proceso industrial, Hielscher le proporcionará la solución apropiada: sistemas agrupables, fácil integración/actualización, mantenimiento reducido, manejo sencillo y alta fiabilidad. ¡Lea más sobre molienda húmeda y pulverización fina!
Extracción ultrasónica y lisis celular
La desintegración o lisis celular es una paso habitual en la preparación rutinaria de muestras en los laboratorios de biotecnología. El objetivo de la lisis es romper partes de la pared y/o membrana celular o la célula completa para liberar sus biomoléculas. El lisado puede contener, por ejemplo, plásmidos, receptores, proteínas, DNA, RNA, etc. Los pasos que suelen seguir a la lisis son el fraccionamiento, el aislamiento de orgánulos y/o la extracción y purificación de proteínas. El producto de la lisis (lisado) se destina a la investigación u otras aplicaciones, como, por ejemplo, en proteómica. Los homogeneizadores ultrasónicos constituyen una herramienta común para lisar células y extraer su contenido con éxito. Puesto la intensidad del ultrasonido se puede regular configurando los parámetros del proceso, la intensidad óptima de la sonicación – que varía de muy suave a altamente elevada – se puede ajustar para cada sustancia y medio. ¡Lea más sobre lisis y extracción celular!
Inactivación microbiana por ultrasonidos
La inactivación microbiana es un proceso clave en el procesado de alimentos. Debido a la creciente demanda de alimentos procesados frescos y suaves, la industria sigue la demanda de los clientes sustituyendo la conservación térmica por métodos de procesado más suaves. La ultrasonicación es una técnica no térmica que permite la inactivación de microorganismos a temperaturas subletales, lo que se traduce en una mejor conservación de los atributos sensoriales y las propiedades nutricionales y funcionales del producto. Dado que los microorganismos son la principal causa del deterioro de los alimentos, la técnica de conservación debe dirigirse a ellos. La ventaja de la sonicación es el control total de la intensidad de la sonicación y, por tanto, la adaptabilidad a tipos específicos de microbios y del producto. ¡Lea más sobre inactivación microbiana!
desgasificación ultrasónica
En muchos productos líquidos, los gases disueltos, como el aire, el oxígeno o el dióxido de carbono, pueden causar problemas en los pasos posteriores o afectar a la calidad del producto. El gas disuelto puede también producir corrosión, formación de espuma o microburbujas y crecimiento microbiano.
Mediante la acción de los ultrasonidos, el gas disuelto se puede extraer en el vacío generado por las burbujas de cavitación (desgasificación por vacío). Estas burbujas llenas de gas flotan, por consiguiente, hacia la superficie del líquido donde pueden ser eliminadas. El contenido de gas de un líquido puede reducirse rápidamente debajo del punto de equilibrio a presión atmosférica mediante la desgasificación por ultrasonidos. ¡Lea más sobre desgasificación!
Eliminación ultrasónica de microburbujas
Las microburbujas suspendidas en líquidos y lodos pueden afectar a la calidad de muchos productos, puesto que pueden producir impurezas en el producto, generar crecimiento microbiano, irregularidades en los recubrimientos, producir inestabilidad mecánica o resultados desiguales en la impresión por emplear cartuchos de inyección que contienen burbujas de gas. Las ondas ultrasónicas que se propagan a través del líquido provocan que las burbujas en suspensión se junten con otras para formar burbujas de mayor tamaño que son capaces de flotar hasta la superficie, donde pueden ser eliminadas. La ultrasonicación facilitan el ascenso de las burbujas dentro del líquido, por ejemplo, agua, aceite o resina, consiguiendo así una desaireación más rápida y completa. ¡Lea más sobre la eliminación de microburbujas!
Antiespumante ultrasónico
En muchos procesos industriales, tales como la fermentación, la digestión o otras reacciones químicas, la aparición de espuma puede causar graves problemas, ya que reduce el nivel de control sobre el proceso. Sobre todo, la espuma es un subproducto no deseado, que debe ser eliminado. Los productos usados habitualmente como antiespumantes son costosos y producen contaminación en el producto final. Por el contrario, las ondas de ultrasonidos de alta intensidad (sono-defoaming) desestabilizan la espuma sin contaminación alguna. La destrucción de espumas es una aplicación de baja energía y no agresiva de los ultrasonidos. Nuestros sonotrodos de disco diseñados expresamente para este proceso desestabilizan las burbujas de la espuma, haciendo que colapsen. Este efecto se puede conseguir en apenas unos segundos sin producir ningún residuo. ¡Lea más sobre procesos de eliminación de espumas!
Calentamiento por ultrasonidos
Aunque el calentamiento de líquidos no suele ser el objetivo principal de la sonicación, no se debe despreciar el efecto adicional de la generación de calor en el medio a tratar. El calentamiento controlado puede suponer una ventaja, ya que es posible mejorar muchos procesos aumento su temperatura. En muchos procesos, por ejemplo, conservación de alimentos o reacciones químicas, se incrementa deliberadamente la temperatura durante el tratamiento por ultrasonidos (termosonicación). Para los materiales termosensibles, implementar un sistema de refrigeración específico durante la sonicación garantiza una temperatura estable durante el proceso. Mediante la integración de baños de hielo, reactores de flujo con cámara de refrigeración e intercambiadores de calor en sus equipos, Hielscher le ofrecerá la solución adecuada para alcanzar sus objetivos específicos.
estabilización ultrasónica
Los ultrasonidos de alta potencia contribuyen tanto a la estabilización mecánica como microbiológica. Las fuerzas de cizallamiento generadas por ultrasonidos permiten romper los enlaces entre partículas, produciendo así una mezcla extremadamente fina y mecánicamente estable, cuya durabilidad depende de su composición: algunas emulsiones y dispersiones son autoestables debido a un homogeneizado muy fino y uniforme, mientras que otras mezclas deben ser estabilizadas mediante agentes estabilizadores. Cuando son necesarios, los ultrasonidos constituyen una herramienta muy fiable para mezclar los estabilizadores.
Para productos biológicos y de uso alimentario, los ultrasonidos constituyen una técnica segura para inactivar microorganismos y conservar y estabilizar el producto. La estabilización microbiológica por ultrasonidos es una alternativa no térmica de conservación que proporciona una eficiente desactivación microbiológica con una escasa generación de calor. La ultrasonicación ha demostrado ser muy eficaz en la destrucción de microorganismos patógenos en alimentos, como E. coli, Salmonella, Ascaris, Giargia, ooquistes de Cryptosporidium y Poliovirus.
Funcionalización ultrasónica de la superficie de las partículas
La estructura de la superficie de las partículas es importante para sus características. La superficie específica de una partícula aumenta en correlación con la reducción de su tamaño. Por tanto, al disminuir el tamaño de la partícula, las propiedades de la superficie se vuelven cada vez más prominentes, especialmente durante la nanonización. Para el uso de estos materiales, las características superficiales son tan importantes como las propiedades del núcleo de la partícula. Esto significa que la funcionalización de los nanomateriales permite una amplia gama de aplicaciones, como polímeros, nanofluidos, biocomposites, nanomedicinas y electrónica. Esto hace que la reducción de tamaño, la desaglomeración y la funcionalización sean pasos esenciales en el tratamiento de partículas. Los ultrasonidos de Hielscher se utilizan ampliamente para el tratamiento de micropartículas y nanopartículas con el fin de molerlas, desaglomerarlas, dispersarlas y modificar su estructura. Mediante la modificación de la superficie de las partículas se puede evitar su agregación no deseada. En etapas posteriores, las partículas modificadas por ultrasonidos pueden mezclarse en materiales compuestos, donde la sonicación consigue una distribución homogénea dentro de una matriz. Esto es muy importante para múltiples aplicaciones industriales relacionadas con la estabilidad a largo plazo o las propiedades mecánicas de los materiales híbridos.
Pruebas de erosión por ultrasonidos
La resistencia al desgaste por cavitación constiye un aspecto importante para la durabilidad y vida útil de los materiales. Para garantizar la funcionalidad y el control de calidad de un material, es necesario probar su propensión al desgaste y a la fatiga. La resistencia al desgaste es de gran relevancia para los materiales que se emplean en ambientes severos, como en hélices de barco, recubrimientos marinos, bombas, componentes de motores, turbinas hidráulicas, dinamómetros hidráulicos, válvulas, rodamientos, camisas de cilindros de motores diésel, hidroplanos y el interior de tuberías con obstrucciones, etc. Para realizar pruebas de desgaste por cavitación de acuerdo con la norma ASTM G32-92, es imprescindible llevar a cabo una ultrasonicación de forma controlable y reproducible. Los aparatos de ultrasonidos de Hielscher se pueden utilizar para realizar pruebas de desgaste directas e indirectas en muestras. Se puede emplear el mismo equipo ultrasónico tanto para los ensayos directos e indirectos. En los tests directos, la muestra se coloca sobre el sonotrodo, mientras que, en los tests de desgaste indirecto, la muestra se fija en un vaso. Las pruebas de desgaste pueden llevarse a cabo bajo condiciones ambientales completamente controladas y en prácticamente cualquier líquido. Regulando la intensidad de los ultrasonidos, la potencia de desgaste se puede adaptar a las exigencias del ensayo. ¡Lea más sobre pruebas de erosión!
Limpieza Ultrasónica de Alambre y Cable
Para procesar materiales continuos, tales como alambres, cables, cintas, barras y tubos, es necesario eliminar los restos de lubricante antes de llevar a cabo posteriores pasos de, por ejemplo, galvanización, extrusión o soldadura. La limpieza de los materiales continuos constituye frecuentemente el cuello de botella de la línea de producción. Hielscher Ultrasonics ofrece un eficiente y exclusivo proceso de limpieza por ultrasonidos para una limpieza en línea, que puede incluso soportar elevadas velocidades de entrada. El efecto de la cavitación generado por las fuerzas ultrasónicas elimina los restos de diferentes lubricantes, como aceites o grasas, jabones, estearatos o también polvo. Además, las partículas de suciedad se disuelven en el líquido de limpieza, evitando así que vuelvan a adherirse al material y permitiendo su fácil eliminación. Las principales ventajas de la limpieza por ultrasonidos son: proceso probado & fiable, eficiente, respetuoso con el medio ambiente, requiere pocos o ningún agente químico de limpieza, plug-and-play, opción de sistemas modulares, fácil manejo, escaso mantenimiento, funcionamiento 24/7, tamaño reducido, actualizable y personalizable. ¡Lea más sobre métodos de limpieza continua de filamentos!
Tamizado y filtrado por ultrasonidos
La separación de partículas por diferencia de tamaños requiere hacer vibrar la rejilla o el tamiz. La agitación mediante ultrasonidos para procesos de tamizado y cribado es una técnica probada, que aumenta la capacidad de cribado y reduce el tiempo de operación, puesto que las partículas pueden atravesar la malla de forma más rápida y completa. El resultado es una mejor calidad del producto final con una menor pérdida de materia prima a causa de a una separación incompleta – y todo ello reduciendo el tiempo de procesamiento. ¡Lea más sobre procesos de tamizado y cribado!
Tratamiento ultrasónico del agua
El control del crecimiento de bacterias y algas en el agua constituye para muchas industrias un punto muy relevante por sus implicaciones en los pasos anteriores y posteriores del proceso de producción. Es bien conocido que las ondas de ultrasonidos de alta intensidad producen efectos sobre las estructuras de las células, causando su apoptosis y lisis, sin olvidar tampoco su capacidad de limpieza por su impacto mecánico.
Además, a través de un sencillo paso de sonicación, se pueden eliminar las biopelículas, los residuos y los sedimientos de tanques, contenedores, vasos e incluso filtros eficientemente. Las vibraciones mecánicas generadas por los ultrasonidos y el cizallamiento cavitacional eliminan con éxito los residuos. En general, el uso adicional de agentes de limpieza no es necesario y los residuos eliminados se pueden retirar fácilmente mediante un lavado.
Soluciones específicas para la industria
Ultrasonidos para nanomateriales
Los nanomateriales han atraído la atención de científicos, investigadores e ingenieros de prácticamente todos los campos de la ciencia por sus características únicas. Las propiedades físicas de estos nanomateriales, como sus propiedades ópticas y magnéticas, su calor específico, punto de fusión y reactividad superficial, ofrecen un enorme potencial para materiales de extraordinariamente resistentes. Pero cuanto más reducido es el tamaño de las partículas, más complicado resulta su tratamiento. Con frecuencia, tan solo los ultrasonidos de alta potencia constituyen el único método para tratar nanopartículas eficazmente. El efecto de los ultrasonidos permite llevar desarrollar múltiples aplicaciones en la química & desarrollo de materiales, catálisis, electrónica, energía, así como biología y & medicina.
En la mayoría de ocasiones, los ultrasonicadores de alta potencia constituyen la única herramienta eficaz para pulverizar y dispersar nanopartículas con los resultados deseados (por ejemplo, nanotubos, grafenonanodiamantes, cerámica, óxidos metálicos, etc.). Alternativamente, el proceso de precipitación mediado por ultrasonidos, también llamada la síntesis ascendente o bottom-up, resulta una manera eficaz para fabricar nanocristales puros con propiedades únicas. En concreto, las nanopartículas metálicas, las aleaciones y compuestos organometálicos presentan un especial interés, ya que los metales son de gran importancia para la industria. Para esta aplicación, los métodos de sonicación ofrecen nuevamente resultados únicos, como el revestimiento TiN de partículas de aluminio y titanio.
Síntesis ultrasónica ascendente
La precipitación o síntesis ascendente (bottom-up) se centra en la formación controlada de compuestos químicos de mayor tamaño a partir de átomos, iones y moléculas. La precipitación resulta también útil para purificar productos. Su ventaja yace en que, por este método, se obtienen partículas o cristales del menor tamaño posible, pero al mismo tiempo con una morfología y dimensiones prácticamente uniformes. Fabricar nanopartículas de alta pureza y con la calidad deseada normalmente sólo es posible mediante la precipitación y autoorganización sus componentes moleculares. Ya que el proceso de precipitación es una reacción muy rápida, es fundamental mezclar eficientemente todos los reactivos, por lo que una mezcla mediante ultrasonidos constituye la clave para obtener una solución homogénea y uniforme. Hielscher Ultrasonics suministra equipo ultrasónico totalmente fiable y que, por tanto, garantiza un control completo sobre los parámetros del proceso y una absoluta reproducibilidad. ¡Lea más sobre procesos de precipitación!
Ultrasonidos en Química y Sonoquímica
Las aplicaciones de los ultrasonidos en química se diversifican en cada una de sus ramas, incluyendo la síntesis de materiales, análisis & determinación, bioquímica, química orgánica & inorgánica, neuroquímica, química nuclear y electroquímica. Mediante el uso de ultrasonidos de alta potencia, se pueden obtener grandes resultados en estos campos, ya que facilita las reacciones por su sobresaliente capacidad de mezcla (por ejemplo, en química de emulsiones, catálisis de transferencia de fase [PTC]), produce la activación de las superficies (p. ej., superficies catalíticas, procesos sol-gel), inicia reacciones al añadir energía cinética o permitir superar las fuerzas químicas (p. ej., fuerzas Van-der-Waals, potenciales Zeta, polimerizacion por apertura de anillo).
Sono-catálisis ultrasónica
Los catalizadores aumentan el índice de conversión de las reacciones químicas y son necesarios para iniciar una reacción o para mantenerla en marcha hasta que se consigue una conversión completa. El hecho de que las reacciones catalíticas suelan ser lentas e incompletas puede modificarse mediante ultrasonidos de alta potencia. La ultrasonicación contribuye tanto a la catálisis homogénea como a la heterogénea y consigue tasas de conversión más rápidas y mayores rendimientos. Las fuerzas ultrasónicas crean superficies altamente reactivas y aumentan así la actividad catalítica. Aunque los catalizadores no se consumen por sí mismos, las deposiciones superficiales pueden reducir la actividad catalítica con el paso del tiempo. Como los catalizadores sólidos suelen requerir metales raros y caros, una larga vida útil es un aspecto esencial desde el punto de vista económico. Los ultrasonidos son una técnica de eficacia probada para eliminar las incrustaciones de la superficie del catalizador y reactivarlo a plena capacidad catalítica. ¡Lea más sobre sonocatálisis!
Sonoquímica
Las reacciones químicas son a menudo lentas e incompletas, por lo que es deseable conseguir una completa utilización de sus precursores. Los ultrasonidos de alta potencia producen efectos físicos en los líquidos, que incluyen, por ejemplo, una mayor transferencia de masa, capacidad calorífica volumétrica, emulsificación y otros efectos sobre sólidos (molienda, desaglomeración, activación de la superficie o modificación). Estos efectos físicos ejercen una importante influencia sobre las reacciones químicas. En consecuencia, los ultrasonidos facilitan numerosas reacciones químicas, como la catálisis, la síntesis & precipitación, los procesos sol-gel, la emulsión química y la química de los polímeros. Los aparatos de ultrasonidos de Hielscher son ideales para aplicaciones sonoquímicas, puesto que nuestros sistemas son capaces de trabajar con solventes, ácidos, bases y materiales explosivos (según directivaATEX , ultrasonicador UIP1000hd-Exd). Todos nuestros sistemas pueden ser utilizados tanto para sonicar por lotes como en línea. Nuestra amplia variedad de dispositivos y accesorios se adapta a los requisitos de cada proceso. ¡Lea más sobre sonoquímica!
Rutas ultrasónicas Sol-Gel
Las partículas ultrafinas de tamaño nanométrico y las partículas de forma esférica, los recubrimientos de película fina, las fibras, los materiales porosos y densos, así como los aerogeles y xerogeles extremadamente porosos son aditivos de gran potencial para el desarrollo y la producción de materiales de alto rendimiento. Los materiales avanzados, entre los que se incluyen, por ejemplo, cerámicas, aerogeles ultraligeros altamente porosos e híbridos orgánico-inorgánicos, pueden sintetizarse a partir de suspensiones coloidales o polímeros en un líquido mediante el método sol-gel. El material presenta características únicas, ya que las partículas sol generadas oscilan en el tamaño nanométrico. Mediante la vía sol-gel por ultrasonidos se pueden crear geles (los llamados sono-geles) con el menor tamaño de partícula, la mayor superficie y el mayor volumen de poros. La amplia gama de equipos de ultrasonidos de Hielscher ofrece la configuración de dispositivo ideal para materiales y volúmenes específicos. ¡Lea más sobre procesos sol-gel!
Degradación química por ultrasonidos
La recuperación y degradación de los residuos químicos constituyen un grave problema para algunos procesos industriales, como la minería, la fabricación de productos químicos y la gestión de vertede‐ ros. Los residuos y contaminantes (p. ej., en el suelo, aguas residuales, etc.) deben ser procesados de acuerdo con los principios del reciclaje y la reducción de residuos o proceder a su eliminación defi‐ nitiva. La degradación sonoquímica supone un proceso con un enorme potencial, caracterizado, apar‐ te de por sus excepcionales y únicos resultados, por su respeto al medio ambiente y su fácil opera‐ ción. La sonicación puede producir la ruptura de enlaces, reducir la longitud de las cadenas, modificar moléculas o activarlas. De este modo, contribuye a favorecer los procesos de oxidación, sorción, so‐ nólisis y lixiviación. Algunas de las características del método de degradación mediada por ultrasoni‐ dos incluyen el aumento de la tasa de conversión química y fenómenos de cavitación ultrasónica, cu‐ yos efectos sonoquímicos permiten obtener mejores mezclas, iniciar reacciones por su aporte de energía y crear grupos funcionales (p. ej., rompiendo grupos hidroxilos –OH) o radicales libres (p. ej., H2O —> H+ y HO-).
polimerización ultrasónica
La sonicación tiene varios efectos sobre los polímeros: los efectos de naturaleza física incluyen la mezcla (como emulsificación, dispersión, desaglomeración, encapsulación) y el calentamiento del volumen, mientras que los efectos químicos crean radicales libres y cambian las estructuras moleculares. Los ultrasonidos contribuyen de varias formas a la polimerización: Las ondas ultrasónicas de alta potencia producen y dispersan partículas de tamaño nanométrico, emulsionan fases líquidas no miscibles y crean radicales libres que contribuyen a la polimerización en emulsión. Los nanocompuestos poliméricos y los hidrogeles pueden producirse con éxito mediante ultrasonidos. Además, la funcionalización de la superficie de los polímeros desempeña un papel importante para mejorar el rendimiento de los polímeros básicos y ofrece nuevos enfoques para el desarrollo de materiales a medida. La mejora de las propiedades superficiales de los polímeros básicos reviste un gran interés económico. Por ello, la sonoquímica es la vía adecuada para tratar con éxito los polímeros.
Recuperación y regeneración de catalizadores por ultrasonidos
Cuando los reactivos reaccionan en la superficie de las partículas del catalizador, los productos de la reacción se van acumulando en la superficie de contacto. Además, la incrustación y la pasivación de las superficies también impiden que otras moléculas de los reactivos interactúen en la superficie del catalizador. Mediante la cavitación ultrasónica y la consiguiente colisión interparticular, es posible romper los residuos adheridos al catalizador y eliminarlos gracias a las corrientes ultrasónicas generadas en el líquido. Esta erosión cavitacional sobre las superficies de las partículas consigue evitar la pasivación de las superficies y mantenerlas altamente reactivas. Además, las elevadas presiones y temperaturas generadas durante breves lapsos de tiempo contribuyen a descomponer moléculas y a aumentar la reactividad de muchas especies químicas. Los reactores ultrasónicos de Hielscher se pueden utilizar para preparar, recuperar y regenerar catalizadores.
Sonoluminiscencia
La sonoluminiscencia es un fenómeno en el que se generan breves ráfagas de luz debido a la implosión de las burbujas de cavitación causadas en un medio líquido por la acción de los ultrasonidos. Aunque existen diferentes teorías que intentan explicar el fenómeno de la sonoluminiscencia, los científicos no han podido demostrar ninguna todavía. Éstas incluyen los puntos calientes, la radiación de frenado ("bremsstrahlung"), la radiación inducida por colisión y el efecto de corona, las fuentes de luz no-clásicas, el efecto túnel, las corrientes electrodinámicas y la fractoluminescencia, la explicación cuántica (relacionada con los efectos Unruh y Casimir) o la reacción de fusión termonuclear.
Ultrasonidos en biología y microbiología
Los efectos de los ultrasonidos sobre los sistemas biológicos y microbiológicos son diversos. Mediante su utilización, se llevan a cabo procesos de dispersión & homogeneización, disolución de agregados, lisis de células y tejidos (p.ej., bacterias, levaduras, virus, algas, etc.) & extracción de componen‐ tes intracelulares (p. ej., proteínas, orgánulos, ribosomas, DNA, RNA, lípidos, péptidos, etc.), transfor‐ mación de células vegetales, aislamiento y fragmentación de cromatina, inmunoprecipitación de cro‐ matina y otras aplicaciones similares.
Hielscher Ultrasonics dispone del ultrasonido más adecuado para cada aplicación. Para los viales y tubos de ensayo más pequeños, el VialTweeter es el dispositivo de su elección, mientras que un dispositivo de sonda de laboratorio como el UP200Ht o el UP400St trata mejor las muestras más grandes. Para aplicaciones de sobremesa y comerciales, los sistemas de ultrasonidos de 500 vatios a 16.000 vatios tratan fácilmente flujos de gran volumen. Diversos sonotrodos, celdas de flujo y accesorios completan el programa y cubren todas las necesidades.
Cizallamiento ultrasónico de ADN, ARN y cromatina
El ácido deoxribonucleico (ADN), el ácido ribonucleico (ARN) y la cromatina son, junto con las proteínas, las principales macromoléculas de todas las formas de vida. El ADN y el ARN son las moléculas que codifican las instrucciones genéticas de los organismos. La cromatina es la combinación de ADN y proteínas a partir de la cual se construye el contenido del núcleo celular. Con fines de investigación, es necesario fragmentar estos bloques de construcción molecular en componentes más pequeños para investigarlos y analizarlos o reorganizarlos durante la inmunoprecipitación y el entrecruzamiento. Para cizallamiento de ADN, ARN y cromatinaEl tamaño del fragmento es muy importante. Gracias al control total de todos los parámetros importantes, los ultrasonidos permiten fragmentar moléculas específicas. Por ejemplo, la longitud ideal de un fragmento de cromatina oscila entre 200 y 1000 pb. corte por ultrasonidos se consigue mediante ráfagas en modo de impulsos. Gracias a los dispositivos y accesorios inteligentes, los equipos de ultrasonidos de Hielscher satisfacen las necesidades de procesamiento, como la sonificación directa o indirecta, la refrigeración de muestras o el registro digital del proceso. Esto garantiza el éxito del procesamiento microbiológico y la comodidad de uso.
Ultrasonidos para pinturas, tintas y pigmentos
En las industrias de pinturas, recubrimientos y tintas, las partículas constituyen la materia prima para fabricar las formulaciones de los diferentes productos. Para conseguir una alta calidad y las características deseadas del producto, es crucial procesar las partículas de forma uniforme y fiable. Su tamaño resulta clave para las propiedades del producto final. Los ultrasonidos de alta potencia es un método eficaz para desaglomerar y pulverizar partículas hasta el tamaño micro y nanométrico –sin los problemas asociados al uso de molinos y difusores.
Para tintas y tintas para chorro de tintaEl tamaño de las partículas es la clave de la calidad: si los pigmentos son demasiado pequeños, la tinta pierde su poder tintóreo. – Si los pigmentos son demasiado grandes, los inyectores de la impresora se obstruyen, lo que da lugar a impresiones deficientes. La ultrasonicación permite ajustar los parámetros de procesado exactamente a los resultados de fresado y desaglomeración aspirados. Una vez encontrados los parámetros de procesado por ultrasonidos ideales, no hay razón para cambiarlos. La producción continua en línea permite obtener una producción uniforme de la máxima calidad del producto. La distribución de las partículas en la formulación es vital para la expresión de los atributos del producto. Sólo si las partículas se dispersan de forma homogénea y uniforme, el producto final muestra una calidad satisfactoria, como la transparencia, la resistencia a los rayos UV o la resistencia al rayado de los revestimientos. La dispersión es una de las aplicaciones de potencia probada de los ultrasonidos.
Ultrasonidos para cosméticos y productos de cuidado personal
Para la fabricación de cosméticos, la mezcla de los ingredientes resulta un paso crucial. Los ultrasonidos de alta potencia logran excelentes resultados en la homogeneización de partículas de pequeño tamaño, en su dispersión y emulsificación (por ejemplo, en cremas y lociones, esmalte de uñas y productos de maquillaje). Aparte de su uso como herramienta de mezcla, los ultrasonidos se emplean también para realizar extracciones y modificar la estructura de las células (p. ej., liposomas). Como muchos de los ingredientes que se incorporan en una mezcla se obtienen mediante extracción celular, como lípidos, proteínas, compuestos aromáticos o colorantes, los ultrasonidos constituyen una técnica con un elevado potencial para desarrollar nuevos productos.
Ultrasonidos para productos farmacéuticos
Las aplicaciones de los ultrasonidos en la industria farmacéutica son múltiples: síntesis de compuestos químicos, extracción de compuestos activos (por ejemplo, fenoles, flavonoides de plantas), emulsificación (de lociones, cremas y ungüentos), preparación de liposomas (nanoemulsificación y posterior encapsulación de compuestos bioactivos) o inactivación de virus y agentes patógenos para vacunas. En la producción de productos farmacéuticos, el uso de los ultrasonicadores de Hielscher permite aumentar la capacidad de producción mediante la mejora de los rendimientos. Gracias a la fiabilidad de los dispositivos ultrasónicos industriales, las reacciones pueden llevarse a cabo a mayor escala, ya sea como proceso discontinuo o como proceso continuo en un reactor de celda de flujo.
Producción ultrasónica de biocombustibles
El sector energético hace uso de las múltiples, eficientes y exitosas aplicaciones de los ultrasonidos. La aplicación más frecuente y conocida sea quizá la producción de Biodiésel por ultrasonidos (transesterificación a biodiésel de aceite vegetal virgen [AVV], usado [AVU] o residual [AVR], así como de grasas animales). Esta técnica presenta un mayor rendimiento y calidad, una conversión significativamente más rápida y un menor empleo de metanol. Cuando la materia prima del biodiésel contiene más de un 2-3 % de ácidos grasos libres (FFA), la esterificación ácida resulta un útil paso previo para evitar la formación de jabón. Además de la transesterificación y los procesos de esterificación, los ultrasonidos de alta permiten la extracción del aceite de diferentes cultivos (por ejemplo, colza, soja, maíz, palma, maní, coco, jatrofa etc.) y algas.
El bioetanol es un combustible ecológico que se obtiene mediante la fermentación a etanol del almidón y el azúcar contenidos en el maíz, patatas, caña, arroz y otros cultivos, por la acción de levaduras. La energía de los ultrasonidos produce la rotura de las células vegetales, permitiendo así extraer el material intracelular y mejorando, por tanto, su disponibilidad para la digestión enzimática. De esta forma, el almidón y los azúcares están más disponibles durante la fermentación, consiguiendo así una conversión más rápida y completa que produce deriva en un mayor rendimiento.
Ultrasonidos en combustible, energía, petróleo y gas
La técnica de homogeneización por ultrasonidos es muy eficaz para la producción de emulsiones estables e inestables, lo que permite crear con éxito los acuicombustibles. Por lo tanto, los combustibles, sobre todo los más pesados, como el gasóleo para barcos, se emulsionan con agua. El uso de combustible infundido con agua da como resultado una combustión más eficiente y una reducción significativa de la emisión de NOx. Otro campo importante es el tratamiento ultrasónico del carbón.
Procesos ultrasónicos en la fabricación de alimentos, productos lácteos y bebidas
El procesado de alimentos suaves es cada vez más importante debido a la creciente demanda de alimentos frescos y en gran parte naturales por parte de los consumidores. Por ello, para las fases de procesado habituales, como la mezcla & homogeneización, la extracción, la estabilización & conservación, los métodos tradicionales se sustituyen progresivamente por técnicas de procesado innovadoras como la ultrasonicación, que es un método no térmico para los alimentos. Las ventajas de la sonicación se basan en su procesamiento suave, rápido y limpio, que reduce la pérdida de producto y mejora la calidad de los alimentos al conservar la frescura y las vitaminas. Los procesadores por ultrasonidos Hielscher se utilizan para múltiples aplicaciones en la industria alimentaria, como la conservación & inactivación microbiológica, la homogeneización, estabilización & conservación de purés, batidos y zumos, la extracción de esencias y fructosa (azúcar), la reducción de la viscosidad mediante la aplicación de esfuerzos cortantes, la maduración de vino y vinagre balsámico, la destilación de alcohol & especias, la modificación del punto de enturbiamiento de las emulsiones, la fabricación de helados (facilitando la nucleación del hielo y la transferencia de masas), la extracción de algas para producir complementos nutracéuticos, el conchado del chocolate para romper los cristales de azúcar, la licuefacción de la mielrefinado de aceites comestibles, etc. ¡Lea más sobre el uso de ultrasonidos en la producción de alimentos y bebidas!
Informes y publicaciones científicas sobre los ultrasonidos de Hielscher
En la siguiente lista encontrará una pequeña selección de artículos científicos en los que se han utilizado con éxito sondas ultrasónicas de Hielscher para diversas aplicaciones. No dude en solicitarnos bibliografía sobre aplicaciones específicas de su interés.
UIP2000hdT, un potente sonicador de 2000 vatios con celda de flujo para procesamiento industrial
Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrasónicos de alto rendimiento de laboratorio a tamaño industrial.