Tecnología de ultrasonido de Hielscher

Desintegración ultrasónica: Humedecer, disolver, dispersar

Los integradores ultrasónicos son ampliamente utilizados para mojar, dispersar o disolver partículas y polvos en líquidos. Los ultrasonidos de alto rendimiento crean fuerzas de cizallamiento intensas, que rompen y hacen añicos los agregados, los aglomerados y las partículas primarias hasta alcanzar un tamaño microscópico o nano. El procesamiento uniforme de las partículas en el campo de la cavitación acústica da como resultado una distribución de partículas estrecha y una superficie de partículas uniforme.

Desintegradores ultrasónicos y sus aplicaciones

Los desintegradores ultrasónicos generan intensas fuerzas de cizallamiento, que crean el impacto necesario en los sólidos, como partículas, cristales y fibras, para desbaratarlos y descomponerlos hasta un tamaño determinado, por ejemplo, de micrones o nanotamaño. Cuando se comparan con métodos de desintegración alternativos como los mezcladores de cuchillas de alto cizallamiento, los homogeneizadores de alta presión, los molinos de perlas, los microfluidificadores, etc., los desintegradores ultrasónicos ofrecen algunas ventajas importantes.

Ventajas de los desintegradores ultrasónicos

  • Cavitación y cizallamiento de alta intensidad
  • Procesamiento uniforme de partículas
  • concentraciones de sólidos elevadas
  • No hay boquillas / no hay atascos
  • No se requiere un medio de molienda (es decir, cuentas)
  • escalabilidad lineal
  • Fácil & operación segura
  • Fácil de limpiar
  • Tiempo- & Eficiencia energética

El principio de funcionamiento de los desintegradores de tipo sonda ultrasónica se basa en la generación de cavitación acústica. A través de la sonda ultrasónica, se transmiten ondas ultrasónicas de alta intensidad al medio de proceso (es decir, al líquido o al purín). Las ondas de ultrasonido viajan a través del líquido, allí donde crean ciclos alternados de alta y baja presión. Durante los ciclos de baja presión se producen diminutas burbujas de vacío, las llamadas burbujas de cavitación. Estas burbujas de cavitación crecen a lo largo de varios ciclos de presión hasta que alcanzan un tamaño en el que no pueden absorber más energía. En este punto, las burbujas de cavitación implosionan violentamente y crean localmente condiciones extremas como temperaturas muy altas, presiones, diferencias de temperatura y presión extremas (debido a las altas tasas de calentamiento/enfriamiento y a las fluctuaciones de presión), micro turbulencias y corrientes de líquido con velocidades de hasta 180m/s. Esas condiciones muestran importantes efectos mecánicos en las partículas del medio, ya que las corrientes líquidas de alta velocidad aceleran las partículas del medio para que éstas colisionen. Mediante la colisión entre partículas, la materia sólida (por ejemplo, partículas, fibras, células) se erosiona, se rompe y se fragmenta en trozos de tamaño micrónico y nanométrico.
Las altas turbulencias creadas por la ultrasonificación aumentan la transferencia de masa entre las fases y promueven así la disolución de los polvos o las reacciones químicas heterogéneas. Esto hace que los desintegradores ultrasónicos sean la herramienta preferida para intensificar procesos como la molienda, la dispersión, la emulsificación y la disolución.

Ultrasonic disintegrators installed as cluster of 7x UIP1000hdT (7x 1kW)

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

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Lea más sobre la intensificación ultrasónica de las reacciones químicas (sonoquímica)!

Aplicaciones de los desintegradores ultrasónicos

  • Pulverizar & Pulverizar
  • desaglomeración & dispersión
  • Emulsificar
  • Disolución de polvos
  • Mejorar la transferencia de masa
  • reacciones sonoquímicas

Desintegradores ultrasónicos para la reducción del tamaño de las partículas

Los desintegradores ultrasónicos se utilizan para la reducción del tamaño de las partículas y la distribución de las mismas, ya sea que se trate de una verdadera trituración de las partículas primarias (denominada molienda) o de la rotura de los aglomerados (denominada desagregación/dispersión).

Fresado ultrasónico de Mg2Si.

Distribución del tamaño de las partículas e imágenes SEM de Mg2Si antes y después de la molienda ultrasónica (UM). a) Distribución del tamaño de las partículas; b) Imagen SEM antes de la molienda ultrasónica; c) Imagen SEM después de la molienda ultrasónica en 50% PVP-50% EtOH durante 2 h.
fuente: Márquez-García et al. 2015.

Desintegradores ultrasónicos para molienda & Pulverizar

La cavitación generada por ultrasonido crea intensas fuerzas de corte y por lo tanto una colisión interparticular relacionada. Los sólidos de la lechada actúan como medio de molienda (comparable a las cuentas o perlas en un molino de perlas): Son acelerados por las corrientes líquidas cavitacionales, que fácilmente alcanzan velocidades de hasta 180m/s. Cuando las partículas se golpean entre sí con tal enorme velocidad, se rompen y se fragmentan en fragmentos de tamaño micrónico y nanométrico. Los desintegradores ultrasónicos pueden incluso romper las partículas primarias. Los reactores de células de flujo ultrasónico aseguran el tratamiento uniforme de todas las partículas, de modo que la molienda ultrasónica resulta en una distribución de tamaño de partícula estrecha.
Haga clic aquí para aprender más sobre el fresado ultrasónico!

Desintegradores ultrasónicos para la desagregación & dispersión

Los parámetros de los procesos ultrasónicos pueden ser controlados con mucha precisión, de modo que los desintegradores ultrasónicos pueden moler las partículas primarias cuando se aplican altas amplitudes y elevadas presiones. Por otra parte, los sistemas de desintegración ultrasónica también pueden funcionar a menor amplitud y en condiciones más suaves, de modo que la estructura y la superficie de las partículas permanezcan intactas, pero los aglomerados se rompan y las partículas individuales se distribuyan uniformemente en el purín.
Haga clic aquí para aprender más sobre la desagregación y la dispersión ultrasónica.

Desintegradores ultrasónicos para la emulsificación

Cuando dos líquidos inmiscibles (por ejemplo, agua y aceite) son sonicados, la cavitación ultrasónica interrumpe las gotas – produciendo gotas muy pequeñas de las dos fases inmiscibles, que luego se mezclan entre sí. Como los desintegradores ultrasónicos producen fácilmente gotitas de tamaño nano, las emulsiones ultrasónicas estabilizadas muestran una estabilidad a largo plazo y un claro aspecto transparente.
Haga clic aquí para leer más sobre la nanoemulsificación ultrasónica.

Desintegradores ultrasónicos para la disolución

Los desintegradores ultrasónicos se utilizan para disolver polvo y pastillas en un procedimiento rápido, fácil y seguro. La cavitación generada por ultrasonidos erosiona la superficie de los sólidos y transporta los fragmentos erosionados al líquido produciendo así una solución homogénea.
In the pharmaceutical industry, dissolving tablets is a daily task, e.g. for analytical purposes. When tablets are exposed to an aqueous environment, the tablet dissolves slowly in a very time-consuming process. Even with the usage of a common stirrer or blade agitator, the full dissolution of tablets remains time-consuming. Ultrasonic cavitation and its extraordinarily intense shear forces detach the particles from the tablet and transport them into the diluent, thereby keeping the mass transfer between tablet surface and fresh, unsaturated diluent continuously in progress. This makes ultrasonic dissolving a extremely rapid and efficient process, which helps to accelerate drug dissolution.
Haga clic aquí para leer más sobre la disolución ultrasónica.

La disolución ultrasónica de los bebés de gelatina en el agua con Desintegrador ultrasónico UP200St

¿Cómo funciona un desintegrador mecánico?

Los desintegradores de laboratorio de ultrasonidos utilizan el mismo principio mecánico que los desintegradores industriales. Los sistemas de mezcla de los desintegradores desintegran los aglomerados y agregados, solubilizan la materia sólida o dispersan las partículas sólidas en mezclas líquidas. La desintegración ultrasónica incorpora una sonda ultrasónica de alta intensidad en un tanque de lotes o en un reactor de células de flujo en línea. La sonda (sonotrodo) del desintegrador ultrasónico vibra en el líquido a una frecuencia muy alta y crea una intensa cavitación ultrasónica en el líquido. Cada colapso de la burbuja de cavitación resulta en poderosas fuerzas de cizallamiento, que rompen los aglomerados, los agregados e incluso las partículas primarias. Además, la cavitación ultrasónica produce una corriente cavitacional de alta velocidad de hasta 1000km/h. Los chorros de líquido cavitacional inciden en los aglomerados de partículas, rompen las paredes de las células, mejoran la transferencia de material dentro de la lechada y dispersan los sólidos por todo el volumen de líquido. En el campo de la cavitación ultrasónica, las presiones alternan rápida y repetidamente entre el vacío y hasta 1000bar. Un mezclador rotativo con 4 palas mezcladoras necesitaría funcionar a la asombrosa velocidad de 300.000 RPM para lograr la misma frecuencia de ciclos de presión alternados. Las mezcladoras rotativas convencionales y las mezcladoras de rotor-estator no crean una cantidad significativa de cavitación debido a su limitación en la velocidad.

¿Interesado en la síntesis de las nanopartículas de abajo hacia arriba? – Haga clic aquí para leer más!

Ultrasonic disintegration is highly effective to mill, disperse or dissolve particles

Desintegrador ultrasónico UIP2000hdT para las dispersiones de partículas en el reactor de acero inoxidable

Lab Ultrasonic Disintegrators

Nuestros novedosos dispositivos de ultrasonidos de 200 W para el laboratorio UP200St y UP200Ht son unos potentes aparatos para homogeneizar, emulsificar, dispersar, desaglomerar, moler, & pulverizar, extraer, lisar, fragmentar, desgasificar, nebulizar y emplear en procesos sonoquímicos.Los dispositivos ultrasónicos de tipo sonda son una herramienta muy útil en todos los laboratorios. Una sonda ultrasónica (también conocida como sonotrodo) es una varilla de titanio de geometría simple y fácil de limpiar que acopla las vibraciones ultrasónicas en un líquido. Hielscher fabrica sondas y puntas de ultrasonidos en una amplia gama de tamaños. Para la desintegración más común de sólidos en el laboratorio, las sondas ultrasónicas de 3, 7, 14 o 22 mm de diámetro de punta son muy útiles. Hay disponibles otros tamaños de sonda y sondas ultrasónicas de tamaño personalizado. Los dispositivos ultrasónicos típicos para la desintegración en el laboratorio oscilan entre 100 y 400 vatios de potencia ultrasónica.

Industrial Ultrasonic Disintegrators

Célula de flujo UIP4000hdT para sonicación en línea a escala industrialHielscher industrial disintegrators are high-power ultrasonic processors designed for heavy-duty continuous disintegration of large slurry streams. These industrial systems can easily handle high solid concentrations. Industrial ultrasonic probes are equipped with a flange that can be mounted to steel tanks, glass reactors or plastic containers in any orientation. Pressurizing the sonication vessel or flow cell intensifies the acoustic cavitation and thereby the sonication process. Typical ultrasonic industrial disintegration equipment ranges from 1000 to 16,000 watts of ultrasonic power per sonotrode.

Industries, where ultrasonic disintegration is widely found:

  • Dispersar, disolver, mezclar las formulaciones sólidas y líquidas
  • La ciencia de los materiales
  • Preparación de la muestra antes del análisis
  • Aplicaciones de las nanopartículas
  • funcionalización de partículas
  • Reacciones de transferencia de fase
  • Cristalización / Precipitación
  • Procesamiento de alimentos
  • Industria papelera
  • La digestión de la biomasa

¿Cómo comprar el desintegrador ultrasónico adecuado?

Hielscher Ultrasonics es un experimentado fabricante de desintegradores ultrasónicos de alto rendimiento, que se utilizan para dispersar y romper partículas o para disolver polvos en líquidos. Como líder del mercado, Hielscher diseña, fabrica y distribuye desintegradores y homogeneizadores ultrasónicos desde el laboratorio y la mesa de trabajo hasta la escala industrial completa.

Le ayudamos a responder a las siguientes preguntas para encontrar el desintegrador ultrasónico más adecuado para su aplicación y necesidades:

  • ¿Cuál es su aplicación objetivo?
  • ¿Cuál es el volumen típico que debe ser procesado?
  • ¿Cuáles son los factores críticos del proceso?
  • ¿Cuáles son las normas de calidad que deben cumplirse?

Nuestro personal bien entrenado y experimentado le ayudará con cualquier pregunta y la concepción de su proceso. Hielscher Ultrasonics ofrece un asesoramiento profundo sobre los procesos ultrasónicos para ayudar a nuestros clientes a encontrar el dispositivo ultrasónico óptimo. Pero el servicio de Hielscher no termina aquí, entrenamos a los clientes ya sea en sus instalaciones o en nuestro laboratorio de procesos ultrasónicos y centro técnico para ayudarles durante el desarrollo, optimización y escalado de los procesos.
Hielscher Ultrasonics’ Los procesadores industriales de ultrasonidos entregan fácilmente amplitudes muy altas, que se requieren para romper partículas duras y aglomerados o para procesar lodos con una alta concentración de sólidos. Los desintegradores industriales de Hielscher pueden funcionar con amplitudes de hasta 200µm continuamente en funcionamiento 24/7. Para amplitudes aún mayores, se dispone de sonotrodos ultrasónicos personalizados. Otros accesorios como bocinas de refuerzo, células de flujo, reactores de sonicación y configuraciones completas de recirculación están disponibles y permiten configurar el sistema ultrasónico especificado según los requisitos del proceso.

Sofisticados desintegradores ultrasónicos

Control preciso de los parámetros del proceso ultrasónico por Hielscher Ultrasonics' software inteligenteHielscher Ultrasonics focusses on high-performance disintegrators with highest user friendliness and state-of-the-art technical advances. This means that the standards of Hielscher lab disintegrators adapt more and more to the intelligence of industrial machinery. The user can control Hielscher’s digital ultrasonicators via browser remote control. The automatic data recording software writes all important ultrasonic parameters such as net power, total power, amplitude, temperature, pressure, time and date as CSV file on a built-in SD-card. Furthermore, the ultrasonic disintegrator can be programmed to automatic shut-off after a determined time or a specific energy input or program pulsating sonication modes. Pluggable temperature and pressure sensors allow for tracking the sample conditions carefully. Since temperature-control of heat-sensitive materials is a crucial factor for the quality of the process results, Hielscher offers various solutions to keep the process temperature in the targeted temperature range.
Las sofisticadas funciones de los ultrasonidos de Hielscher aseguran el máximo control del proceso, resultados de sonicación fiables y reproducibles, facilidad de uso y comodidad de trabajo.
Hielscher Ultrasonics’ los procesadores industriales de ultrasonido pueden entregar amplitudes muy altas. Amplitudes de hasta 200µm pueden ser fácilmente operadas continuamente en operación 24/7. Para amplitudes aún mayores, hay disponibles sonotrodos ultrasónicos personalizados. La capacidad de operar a tan altas amplitudes permite a nuestros clientes moler partículas primarias de forma eficaz hasta un tamaño nanométrico. La robustez del equipo de ultrasonido de Hielscher permite una operación 24/7 en ambientes de trabajo pesado y exigentes.

calidad – Hecho en Alemania

Como empresa familiar, Hielscher se enorgullece de la alta calidad de sus procesadores ultrasónicos. Todos los ultrasonidos se diseñan, fabrican y prueban en nuestra sede en Teltow, cerca de Berlín, Alemania. La robustez de los equipos de ultrasonidos de Hielscher permite un funcionamiento 24/7 en entornos exigentes y de gran rendimiento.

Puedes comprar desintegradores ultrasónicos Hielscher en todos los tamaños diferentes y el rango de precios ofrece un ultrasonido asequible que se ajusta a tu presupuesto. Desde la desintegración de partículas en pequeños frascos de laboratorio hasta la desintegración en flujo continuo de lodos en la producción industrial, Hielscher Ultrasonics tiene un desintegrador adecuado para usted! Por favor, contáctenos – estamos encantados de recomendarle el ultrasonido más adecuado!
En la siguiente tabla encontrará algunas indicaciones sobre la capacidad de procesamiento aproximada de nuestros sonicadores:

Volumen del lote Tasa de flujo Dispositivos recomendados
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

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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 a piloto y Uso industrial escala.

Literatura / Referencias