Los efectos de la dispersión ultrasónica para medición en continuo

Para caracterizar y medir las partículas primarias, éstas deben estar bien dispersas, ya que los aglomerados falsean los resultados de las mediciones. Los ultrasonidos son una herramienta fiable para destruir los aglomerados y crear condiciones en las que las partículas primarias se mantengan a una distancia adecuada entre sí para que puedan detectarse como partículas individuales. El siguiente estudio de Sequip presenta la exitosa combinación de Hielscher dispositivos ultrasónicos con Sequip Sequip para una caracterización fiable de las partículas.

Debido a las fuerzas de enlace entre partículas, por ejemplo, las fuerzas de Van der Waals, las partículas tienden a la aglomeración y la agregación. De este modo, varias partículas (primarias) se fusionan y forman una partícula más compleja (las denominadas partículas secundarias). Los procesos de aglomeración y agregación influyen significativamente en la medición debido a:

  • cambios en la distribución del tamaño de las partículas (ya que los aglomerados se miden como una sola partícula)
  • cambios en las propiedades de flujo
  • cambios del estado normal del material

En consecuencia, el proceso está influido por muchas variables, lo que interfiere en una evaluación fiable.

Este vídeo ilustra la influencia de la ultrasonicación con un homogeneizador ultrasónico Hielscher UP200St-TD Cup-Horn (200 vatios, 26 kHz) sobre el tamaño de las partículas (Sequip). Se trata de un sistema óptico de medición del tamaño de las partículas que mide el tamaño de las partículas directamente en el cup-horn.

Homogeneizador ultrasónico Hielscher UP200St_TD con medición de tamaño de partículas Sequip

Vídeo en miniatura

Medición de partículas

Los sensores PAT de Sequip se han desarrollado para la medición directa de partículas, de modo que los cambios en la distribución del tamaño de las partículas se registran de forma consistente y se evalúan con seguridad. El equipo de medición PAT in situ permite obtener información adicional durante el desarrollo de nuevas formulaciones relativa a la morfología global, así como controlar la calidad del producto durante su procesamiento.
La medición puede realizarse in situ en el laboratorio o en línea y en tiempo real durante el proceso, proporcionando resultados de medición exactos en función de las características del producto y del intervalo dinámico de tamaños.

Sensor de medición del tamaño de las partículas

Sequip Sensor de laboratorio

El problema:

Los aglomerados falsean los resultados de la caracterización de partículas. Para obtener mediciones fiables, hay que impedir el proceso de aglomeración. La forma más sencilla sería la adición de un dispersante/aditivo dispersante. Sin embargo, el uso de un dispersante modifica la formulación original del producto y, en consecuencia, los resultados de la medición no reflejarían la distribución real de tamaños. Para el control del proceso durante la producción, el uso de aditivos dispersantes es, por tanto, un método inadecuado.

El diagrama siguiente representa PVC800, un policloruro de vinilo, con una distribución de tamaño de partícula de máx. 500-630μm. Sin embargo, debido a la aglomeración, los resultados de la medición muestran picos de 1400μm.

El gráfico muestra la distribución del tamaño de las partículas de PVC 800. Aunque el tamaño medio de las partículas de PVC 800 es de aproximadamente 500 - 630 µm, la medición dio picos de hasta 1400 µm debido a la aglomeración.

La Fig. 1 muestra la medición del PVC 800: el PVC 800 muestra normalmente una distribución granulométrica con picos de aproximadamente 500-630μm. Aquí, sin embargo, se miden picos de hasta 1400μm debido a la aglomeración.

La solución:

Una alternativa independiente del proceso es la instalación de un dispersor ultrasónico.
Para demostrar la influencia positiva de la dispersión ultrasónica, se desaglomeró la suspensión de PVC800 mediante sonicación. Se sonicó un vaso de vidrio con la formulación de PVC800 con el dispersor ultrasónico UP200S mientras se caracterizaban las partículas in situ con el sensor PAT de Sequip.
El homogeneizador ultrasónico acopla ondas ultrasónicas en el medio generando vibraciones mecánicas y fuertes fuerzas de cizallamiento. Los ultrasonidos de alta potencia y baja frecuencia dispersan eficazmente los aglomerados. De este modo, sólo las partículas individuales entran en el foco del sensor, lo que permite medir la distribución real del tamaño de las partículas. – como se muestra claramente en el siguiente diagrama:

Desaglomeración ultrasónica de partículas de PVC800.

Fig. 2: El diagrama muestra claramente que la medición de partículas de PVC 800 con ultrasonidos (verde) presenta una distribución granulométrica más pequeña y regular que los resultados de medición obtenidos sin ultrasonidos (rojo).

Resumen

Se ha demostrado que la ultrasonicación es una herramienta adecuada y fiable para desaglomeración y rotura de partículas. La dispersión ultrasónica puede implementarse de forma flexible en cualquier fase de la producción y garantiza una medición y evaluación fiables del tamaño de las partículas con el sistema de sensores PAT de Sequip.
Sequip - Tecnología granulométrica in situ para laboratorio y proceso

Sequip

El ultrasonicador UP200S de Hielscher y el sensor PAT de Sequip en una configuración combinada para la medición fiable de partículas.

Montaje experimental: Sequip Sensor PAT con dispersor ultrasónico UP200S

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Información interesante

A los homogeneizadores ultrasónicos también se los denomina frecuentemente como sonicador de sonda, sonolisador, fraccionador por ultrasonidos, pulverizador ultrasónico, sonoruptor, sonificador, disgregador ultrasónico, fraccionador celular, dispersor ultrasónico o mezclador por ultrasonidos. Estos términos provienen de las distintas aplicaciones que se pueden llevar a cabo por sonicación.

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