Mezcladoras por lotes ultrasónicas de alto cizallamiento para laboratorio & Escala de producción

La humectación, la hidratación, la homogeneización, la molienda, la dispersión, la emulsificación y la disolución son aplicaciones habituales de los mezcladores ultrasónicos de alto cizallamiento por lotes de Hielscher. La mezcla ultrasónica por lotes se lleva a cabo a alta velocidad con resultados fiables y reproducibles, lo que garantiza unos resultados de proceso excepcionales a escala de laboratorio, de sobremesa y de producción comercial a gran escala. Los homogeneizadores por lotes multiuso de Hielscher le ofrecen una mezcla a alta velocidad de mezclas uniformes de sólido/líquido y líquido/líquido, garantizando la máxima calidad del producto.

Mezcla por lotes ultrasónica de alta velocidad: intensificación del proceso con altas fuerzas de cizallamiento

• Dispersión rápida: Desaglomeración instantánea de partículas submicrónicas & nanomateriales.
• Procesamiento versátil: Ideal para productos de alta viscosidad, pastas y materiales abrasivos.
• Escalabilidad lineal: Resultados totalmente reproducibles, desde el laboratorio hasta la producción a gran escala.
• Eficiencia energética: Menor consumo energético que las tecnologías de la competencia.

Mezclado por lotes a alta velocidad con fuerzas de cizallamiento elevadas por ultrasonidos

La mezcla por lotes con alto cizallamiento ultrasónico supone un avance significativo con respecto a las tecnologías convencionales, como los mezcladores de rotor-estator, los mezcladores de chorro y los sistemas UltraTurrax, ya que ofrece una eficiencia de proceso y una calidad del producto superiores. Mientras que los métodos tradicionales se basan en el cizallamiento mecánico, los mezcladores ultrasónicos utilizan ondas sonoras de alta energía para inducir la cavitación acústica, creando un entorno de micromezclado único caracterizado por condiciones locales extremas. Este fenómeno genera ondas de choque y chorros de líquido a alta velocidad que alcanzan hasta los 280 m/s, lo que proporciona la intensa microagitación necesaria para la rápida humectación de los polvos, la desaglomeración instantánea de partículas submicrónicas y nanopartículas, y la creación de emulsiones perfectamente homogéneas.
Además de estas ventajas en materia de micromezclado, los sistemas ultrasónicos son notablemente más eficientes desde el punto de vista energético, procesan con facilidad materiales abrasivos y permiten una limpieza rápida y no destructiva (CIP/SIP), lo que los convierte en la opción ideal para aplicaciones industriales exigentes.

¿Quién debería utilizar la mezcla por lotes con ultrasonidos de alto cizallamiento?

La mezcla por lotes con ultrasonidos y alto cizallamiento es ideal para fabricantes, formuladores y departamentos de I+D&Equipos D en sectores en los que la precisión, la uniformidad y la rápida dispersión son requisitos imprescindibles. Resulta especialmente valioso para empresas que procesan materiales nanométricos y submicrométricos, pastas de alta viscosidad, suspensiones abrasivas o formulaciones complejas de sólido-líquido y líquido-líquido. Sectores como el cosmético, el farmacéutico, el de materiales avanzados y el alimentario & bebidas, pinturas & Los recubrimientos, los productos químicos especializados y la nanotecnología se basan en esta tecnología para lograr una humectación instantánea del polvo, emulsiones uniformes y una reducción constante del tamaño de las partículas sin degradación térmica. Si su proceso exige resultados reproducibles, una ampliación de escala totalmente lineal del laboratorio a la producción y un menor consumo energético en comparación con los sistemas tradicionales de rotor-estator, la mezcla por lotes ultrasónica de alto cizallamiento está diseñada para cumplir con sus especificaciones exactas.

cavitación acústica – El principio de funcionamiento de las fuerzas de cizallamiento ultrasónicas y la mezcla

Cuando se aplican ondas ultrasónicas de alta energía a líquidos y suspensiones, los ciclos alternos de alta y baja presión (por ejemplo, 20 000 ciclos por segundo a 20 kHz) generan burbujas de vacío o huecos en el líquido. Estas burbujas crecen a lo largo de varios ciclos hasta que colapsan violentamente al no poder absorber más energía. Durante la implosión de las burbujas, se generan condiciones extremas a nivel local: temperaturas de hasta 5.000 K, presiones de hasta 2.000 atm y chorros de líquido con una velocidad de hasta 280 m/s. Este fenómeno se denomina cavitación. La cavitación ultrasónica se aplica con éxito en numerosas aplicaciones de mezcla, molienda y trituración, por ejemplo, para procesar coloides, polvos, fluidos, aceites, grasas, resinas, epoxis, pastas de pigmentos, tintas, pinturas, siliconas, cremas, geles, polímeros, uretanos y muchos otros materiales.
 

La mezcla por ultrasonidos se basa en la cavitación acústica y en sus fuerzas de cizallamiento hidrodinámicas.

¿Por qué ultrasonidos? – Para un control total del proceso

La mezcla por ultrasonidos permite controlar con precisión todos los parámetros importantes del proceso. Esto es crucial para lograr unos resultados óptimos del proceso al tiempo que se trabaja con la máxima eficiencia.

• Amplitud ultrasónica:

El desplazamiento de las zonas horizontales en el sonotrodo (cuerno ultrasónico/sonda) puede ajustarse a los requisitos del proceso mediante el ajuste de potencia del dispositivo ultrasónico, la selección del sonotrodo y el uso de un cuerno de refuerzo.

• Presión:

La aplicación de presión al proceso de sonicación intensifica dicho proceso, lo que se conoce como «manosonicación» (MS). La cavitación ultrasónica a presiones elevadas se vuelve más intensa y violenta. Por ello, Hielscher ofrece reactores por lotes cerrados presurizables.

• Duración de la sonicación:

Por regla general, cuanto mayor sea la duración de la sonicación, mayor será el avance en el proceso, por ejemplo, en cuanto a la reducción del tamaño, la dispersión, etc. – siempre que se aplique una intensidad suficiente para afectar al medio del proceso.

• Temperatura:

El tratamiento ultrasónico es una técnica de procesamiento mecánica no térmica. Sin embargo, debido a las leyes de la termodinámica, la energía transmitida a la materia siempre acaba convirtiéndose en calor. No obstante, la extraordinaria eficiencia energética de los sonicadores de Hielscher garantiza que hasta el 90 % de la energía procedente de la toma de corriente se convierta en ondas ultrasónicas y se transmita al medio de proceso.

• Viscosidad:

La viscosidad del medio de proceso es un factor importante en el tratamiento ultrasónico. En aplicaciones como la reducción del tamaño de las partículas, la molienda y la dispersión, la colisión entre partículas provocada por las ondas de choque de la cavitación es uno de los principales efectos del proceso que provoca la fragmentación de las partículas, por lo que resulta beneficioso contar con una alta carga de partículas.

¡Diseñemos juntos tu solución de mezcla ideal!

Para determinar las condiciones óptimas del proceso (= el mejor resultado con el mínimo aporte energético necesario), los parámetros mencionados deben establecerse de acuerdo con el objetivo del proceso.
Las pruebas de viabilidad y la optimización de procesos pueden llevarse a cabo fácilmente a escala de laboratorio y de banco. Todos los resultados obtenidos pueden reproducirse con exactitud y ampliarse de forma lineal a la escala de producción. ¡Hielscher Ultrasonics te ofrece asesoramiento profesional y un laboratorio de procesos totalmente equipado donde podemos optimizar el proceso contigo o por ti!
Hielscher es su experto en soluciones de proceso por ultrasonidos. Póngase en contacto con nosotros hoy mismo, estaremos encantados de recomendarle la unidad adecuada para resolver sus necesidades de aplicación.

Literatura / Referencias