Ultrasonidos: Aplicaciones y Procesos

La ultrasonicación es un método de procesamiento mecánico que crea una cavitación acústica extraordinariamente intensa y fuerzas físicas relacionadas, como elevadas fuerzas de cizallamiento y altos diferenciales de presión. Estas fuerzas generadas por ultrasonidos se utilizan para numerosas aplicaciones, como la mezcla, la homogeneización, la molienda, la dispersión, la emulsificación, la extracción y las reacciones sonoquímicas.
A continuación, encontrará una selección de las aplicaciones y procesos más típicos de los ultrasonidos.

Homogeneización por ultrasonidos

UP400St Homogeneizador ultrasónico de 400 vatios para la sonicación de vasos y lotes.Los homogeneizadores ultrasónicos reducen las partículas pequeñas en un líquido para mejorar la uniformidad y la estabilidad de la dispersión. Las partículas (fase dispersa) pueden ser sólidos o gotas de líquido suspendidas en una fase líquida. La homogeneización por ultrasonidos es muy eficaz para la reducción de partículas blandas y duras. Hielscher fabrica ultrasonidos para la homogeneización de cualquier volumen de líquido y para el procesamiento por lotes o en línea. Los dispositivos de ultrasonidos de laboratorio pueden utilizarse para volúmenes desde 1,5mL hasta aproximadamente 4L. Los dispositivos industriales de ultrasonidos pueden procesar lotes de 0,5 a aproximadamente 2000L o caudales de 0,1L a 20 metros cúbicos por hora en el desarrollo de procesos y en la producción comercial.
Haga clic aquí para leer más sobre métodos de homogeneización por ultrasonidos.

Dispersión y desaglomeración por ultrasonidos

La ultrasonicación desbarata las partículas sólidas mediante la cavitación acústica.La dispersión y desagregación de sólidos en líquidos es una importante aplicación de los ultrasonidos tipo sonda. La cavitación ultrasónica/acústica genera altas fuerzas de cizallamiento que rompen los aglomerados de partículas en partículas individuales y dispersas. La mezcla de polvos en líquidos es un paso común en la formulación de diversos productos, como pinturas, barnices, productos cosméticos, alimentos y bebidas, o medios de pulido. Las partículas individuales se mantienen unidas por fuerzas de atracción de diversa naturaleza física y química, como las fuerzas de Van-der-Waals y la tensión superficial de los líquidos. La ultrasonicación vence estas fuerzas de atracción para desaglomerar y dispersar las partículas en medios líquidos. Para la dispersión y desagregación de polvos en líquidos, la ultrasonicación de alta intensidad es una alternativa interesante a los homogeneizadores de alta presión, los mezcladores de alto cizallamiento, los molinos de bolas o los mezcladores rotor-estator.
Haga clic aquí para leer más sobre métodos de dispersión y desaglomeración por ultrasonidos.

El video está demostrando la dispersión ultrasónica del color rojo usando el UP400St con una sonda S24d de 22mm.

Dispersión ultrasónica del color rojo usando el UP400St

La emulsificación ultrasónica

La ultrasonicación es un método muy eficaz para la producción de nanoemulsiones.Una amplia gama de productos intermedios y de consumo, como los cosméticos y las lociones para la piel, las pomadas farmacéuticas, los barnices, las pinturas y los lubricantes y combustibles, se basan total o parcialmente en emulsiones. Las emulsiones son dispersiones de dos o más fases líquidas inmiscibles. Los ultrasonidos de alta intensidad proporcionan un cizallamiento suficientemente intenso para dispersar una fase líquida (fase dispersa) en pequeñas gotas en una segunda fase (fase continua). En la zona de dispersión, las burbujas de cavitación implosivas provocan ondas de choque intensas en el líquido circundante y dan lugar a la formación de chorros de líquido de alta velocidad (alto cizallamiento). La ultrasonicación puede adaptarse con precisión al tamaño de la emulsión deseada, permitiendo así la producción fiable de microemulsiones y nanoemulsiones.
Haga clic aquí para leer más sobre la emulsificación ultrasónica!

Homogeneizador ultrasónico UIP1000hdT para mezclar, dispersar, emulsionar y extraer.

El UIP1000hdT es un potente ultrasonido de 1000 vatios para aplicaciones de homogeneización, molienda y extracción.

Solicitar información




Observe nuestro Política de privacidad.


Molienda en húmedo y pulverización por ultrasonidos

La ultrasonicación es un medio eficaz para la molienda en húmedo y la micromolienda de partículas. En particular, para la fabricación de lodos de tamaño superfino, el ultrasonido tiene muchas ventajas. Es superior a los equipos tradicionales de reducción de tamaño, como los molinos coloidales (por ejemplo, molinos de bolas, molinos de bolas), molinos de discos o molinos de chorro. La ultrasonicación puede procesar lodos de alta concentración y alta viscosidad, reduciendo así el volumen a procesar. Por supuesto, la molienda por ultrasonidos es adecuada para procesar materiales de tamaño micrométrico y nanométrico, como cerámicas, pigmentos, sulfato de bario, carbonato de calcio u óxidos metálicos. Especialmente cuando se trata de nanomateriales, la molienda por ultrasonidos destaca por su rendimiento, ya que sus fuerzas de cizallamiento altamente impactantes crean nanopartículas uniformemente pequeñas.
Haga clic aquí para leer más sobre métodos de molienda húmeda y micropulverización por ultrasonidos.

Las partículas de dióxido de titanio TiO2 después de la molienda por ultrasonidos muestran un diámetro drásticamente reducido y una distribución de tamaño estrecha.

TiO2 secado por pulverización antes y después de la molienda por ultrasonidos

Desintegración y lisis celular por ultrasonidos

Extracción de compuestos de plantas mediante ultrasonidos empleando un procesador ultrasónico UP200SEl tratamiento ultrasónico puede desintegrar el material fibroso y celulósico en partículas finas y romper las paredes de la estructura celular. Esto libera más material intracelular, como el almidón o el azúcar, en el líquido. Este efecto puede aprovecharse para la fermentación, la digestión y otros procesos de conversión de la materia orgánica. Después de la molienda y la trituración, la ultrasonicación hace que una mayor parte del material intracelular, por ejemplo, el almidón, así como los restos de la pared celular, estén disponibles para las enzimas que convierten el almidón en azúcares. También aumenta la superficie expuesta a las enzimas durante la licuefacción o la sacarificación. Esto suele aumentar la velocidad y el rendimiento de la fermentación de la levadura y otros procesos de conversión, por ejemplo, para impulsar la producción de etanol a partir de la biomasa.
Haga clic aquí para leer más sobre métodos de ruptura por ultrasonidos de estructuras celulares.

Extracción ultrasónica de botánicos

La extracción de compuestos bioactivos almacenados en células y partículas subcelulares es una aplicación muy utilizada de los ultrasonidos de alta intensidad. La extracción por ultrasonidos se utiliza para aislar metabolitos secundarios (por ejemplo, polifenoles), polisacáridos, proteínas, aceites esenciales y otros ingredientes activos de la matriz celular de plantas y hongos. Adecuada para la extracción de compuestos orgánicos con agua y disolventes, la sonicación mejora significativamente el rendimiento de los productos botánicos contenidos en las plantas o semillas. La extracción por ultrasonidos se utiliza para la producción de productos farmacéuticos, nutracéuticos / suplementos nutricionales, fragancias y aditivos biológicos. Los ultrasonidos son una técnica de extracción ecológica que también se utiliza para la extracción de componentes bioactivos en biorrefinerías, por ejemplo, para liberar compuestos valiosos de flujos de subproductos no utilizados formados en procesos industriales. La ultrasonicación es una tecnología muy eficaz para la extracción botánica a escala de laboratorio y de producción.
Haga clic aquí para obtener más información sobre la extracción por ultrasonidos.

La extracción botánica por ultrasonidos proporciona mayores rendimientos. El homogeneizador Hielscher UIP2000hdT, de 2000 vatios, es lo suficientemente potente como para extraer fácilmente lotes de 10 a 120 litros.

Extracción ultrasónica de productos botánicos - Lote de 30 litros / 8 galones

Se sabe que la ultrasonicación mejora las reacciones de transesterificación, lo que permite obtener, por ejemplo, mayores ésteres metílicos y polioles. Hielscher Ultrasonics fabrica sondas y reactores industriales de ultrasonidos para grandes producciones.

Reactor de ultrasonidos con 16.000 vatios para el procesamiento de líquidos por ultrasonidos.

Aplicaciones sonoquímicas de los ultrasonidos

cavitation_2_p0200La sonoquímica es la aplicación de los ultrasonidos a las reacciones y procesos químicos. El mecanismo que causa los efectos sonoquímicos en los líquidos es el fenómeno de la cavitación acústica. Los efectos sonoquímicos en las reacciones y procesos químicos incluyen el aumento de la velocidad de reacción o el rendimiento, un uso más eficiente de la energía, la mejora del rendimiento de los catalizadores de transferencia de fase, la activación de metales y sólidos o el aumento de la reactividad de reactivos o catalizadores.
Haga clic aquí para leer más sobre los efectos sonoquímicos de los ultrasonidos.

Transesterificación de aceites a biodiésel por ultrasonidos

La ultrasonicación aumenta la velocidad de reacción química y el rendimiento de la transesterificación de aceites vegetales y grasas animales en biodiésel. Esto permite cambiar la producción de un proceso por lotes a un proceso de flujo continuo y reduce la inversión y los costes operativos. Una de las principales ventajas de la fabricación de biodiésel por ultrasonidos es el uso de aceites residuales, como los aceites de cocina usados y otras fuentes de aceite de baja calidad. La transesterificación por ultrasonidos puede convertir incluso materias primas de baja calidad en biodiésel de alta calidad (ésteres metílicos de ácidos grasos / FAME). La fabricación de biodiésel a partir de aceites vegetales o grasas animales implica la transesterificación catalizada por bases de ácidos grasos con metanol o etanol para dar los correspondientes ésteres metílicos o ésteres etílicos. La ultrasonificación puede lograr un rendimiento de biodiésel superior al 99%. Los ultrasonidos reducen considerablemente el tiempo de procesamiento y de separación.
Haga clic aquí para leer más sobre el proceso de transesterificación de aceites a biodiésel mediante el uso de ultrasonidos.

Desgasificación y desairamiento de líquidos por ultrasonidos

La desgasificación de líquidos es otra aplicación importante de los ultrasonidos de sonda. Las vibraciones ultrasónicas y la cavitación provocan la coalescencia de los gases disueltos en un líquido. A medida que las diminutas burbujas de gas se unen, forman burbujas más grandes que flotan rápidamente hacia la superficie superior del líquido, de donde pueden ser eliminadas. Así, la desgasificación y desaireación por ultrasonidos puede reducir el nivel de gas disuelto por debajo del nivel de equilibrio natural.
Haga clic aquí para leer más sobre procesos de desgasificación de líquidos mediante ultrasonidos.

Este vídeo demuestra la desgasificación eficaz de petróleo viscoso (40cP). La ultrasonicación elimina las pequeñas burbujas de gas en suspensión del líquido y reduce el nivel de gas disuelto por debajo del nivel de equilibrio natural.

Desgasificación en línea por ultrasonidos & Antiespumante de aceite (40cP)

Limpieza por ultrasonidos de alambre, cables y bandas

bobina de cableLa limpieza por ultrasonidos es una alternativa ecológica para la limpieza de materiales continuos, como alambres y cables, cintas o tubos. El efecto de la potente cavitación ultrasónica elimina los residuos de lubricación, como el aceite o la grasa, los jabones, los estearatos o el polvo de la superficie del material. Hielscher Ultrasonics ofrece varios sistemas de ultrasonidos para la limpieza en línea de perfiles continuos.
Haga clic aquí para obtener más información sobre la limpieza por ultrasonidos de perfiles continuos.

Póngase en contacto con nosotros/Envíenos su pregunta

Solicite más información

Por favor, utilice el siguiente formulario para solicitar información adicional sobre los procesadores ultrasónicos, aplicaciones y precio. Estaremos encantados de discutir su proceso con usted y ofrecerle un sistema de ultrasonidos que cumpla con sus requisitos!









Por favor, tenga en cuenta Política de privacidad.


Principio de funcionamiento y uso del procesamiento por ultrasonidos

La ultrasonicación es una tecnología de procesamiento comercial, que ha sido adoptada por numerosas industrias para la producción a gran escala. Su alta fiabilidad y escalabilidad, así como sus bajos costes de mantenimiento y su alta eficiencia energética, hacen de los procesadores por ultrasonidos una buena alternativa a los equipos tradicionales de procesamiento de líquidos. Los ultrasonidos ofrecen otras interesantes oportunidades: La cavitación -el efecto básico de los ultrasonidos- produce resultados únicos en procesos biológicos, químicos y físicos. Por ejemplo, la dispersión y emulsión por ultrasonidos produce fácilmente formulaciones estables de tamaño nanométrico. También en el campo de la extracción botánica, los ultrasonidos son una técnica no térmica para aislar compuestos bioactivos.

Mientras que los ultrasonidos de baja intensidad o alta frecuencia se utilizan principalmente para el análisis, los ensayos no destructivos y la obtención de imágenes, los ultrasonidos de alta intensidad se emplean para el tratamiento de líquidos y pastas, donde las ondas ultrasónicas intensas se utilizan para la mezcla, la emulsión, la dispersión y la desagregación, la desintegración celular o la desactivación de enzimas. Al sonicar líquidos a altas intensidades, las ondas sonoras se propagan a través del medio líquido. El resultado es la alternancia de ciclos de alta presión (compresión) y de baja presión (rarefacción), con tasas que dependen de la frecuencia. Durante el ciclo de baja presión, las ondas ultrasónicas de alta intensidad crean pequeñas burbujas de vacío o vacíos en el líquido. Cuando las burbujas alcanzan un volumen en el que ya no pueden absorber energía, se colapsan violentamente durante un ciclo de alta presión. Este fenómeno se denomina cavitación. Durante la implosión se alcanzan localmente temperaturas muy elevadas (aprox. 5.000K) y presiones (aprox. 2.000atm). La implosión de la burbuja de cavitación también da lugar a chorros de líquido con una velocidad de hasta 280 metros por segundo.

La cavitación ultrasónica en los líquidos puede provocar una desgasificación rápida y completa; iniciar diversas reacciones químicas mediante la generación de iones químicos libres (radicales); acelerar las reacciones químicas facilitando la mezcla de los reactivos; mejorar las reacciones de polimerización y despolimerización mediante la dispersión de los agregados o la ruptura permanente de los enlaces químicos en las cadenas poliméricas; aumentar las tasas de emulsión; mejorar las tasas de difusión; producir emulsiones altamente concentradas o dispersiones uniformes de materiales de tamaño micrométrico o nanométrico; ayudar a la extracción de sustancias como las enzimas de las células animales, vegetales, de levadura o bacterianas; eliminar los virus de los tejidos infectados; y, por último, erosionar y descomponer las partículas susceptibles, incluidos los microorganismos. (cf. Kuldiloke 2002)

Los ultrasonidos de alta intensidad producen una agitación violenta en líquidos de baja viscosidad, que puede utilizarse para dispersar materiales en líquidos. (cf. Ensminger, 1988) En las interfaces líquido/sólido o gas/sólido, la implosión asimétrica de las burbujas de cavitación puede provocar turbulencias extremas que reducen la capa límite de difusión, aumentan la transferencia de masa por convección y aceleran considerablemente la difusión en sistemas en los que la mezcla ordinaria no es posible. (cf. Nyborg, 1965)

Reactor ultrasónico para la síntesis química, por ejemplo, procesos de transesterificación, esterificación o acetilación.

Reactor de ultrasonidos con 4 sondas de 2000 vatios (8kW) para procesos sonoquímicos.



Referencias


Ultrasonidos de alto rendimiento La gama de productos de Hielscher cubre todo el espectro, desde el ultrasonido compacto de laboratorio, pasando por las unidades de sobremesa, hasta los sistemas de ultrasonidos totalmente industriales.

Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrasónicos de alto rendimiento de laboratorio a tamaño industrial.