Hielscher – Tecnología de Ultrasonidos

Homogeneizadores ultrasónicos para el procesamiento de líquidos

Hielscher Ultrasonics se especializa en el diseño y fabricación de homogeneizadores ultrasónicos por laboratorio, producción por lotes y plantas de producción. La energía ultrasónica resulta altamente eficaz y eficiente para aplicar fuerzas de alto cizallamento y elevada presión en líquidos, mezclas de polvo-líquido y lodos. Esto convierte a los sistemas de ultrasonidos en una poderosa alternativa frente a los mezcladores de alto cizallamiento, los homogeneizadores de alta presión y los molinos de perlas con agitación.

Los aparatos de ultrasonidos de Hielscher se utilizan en todo el mundo como mezcladores de laboratorio, equipos de alto cizallamiento, homogeneizadores en línea a gran escala o molinos pulverizadores. Sus aplicaciones incluyen mezcla, dispersión, la reducción del tamaño de las partículas, extracción y cinética de las reacciones químicas. Suministramos dispositivos a diferentes segmentos de la industria, tales como nanomateriales, pinturas & pigmentos, alimentos & bebidas, cosméticos, productos químicos y combustibles. Lea más sobre nuestros dispositivos y y aplicaciones o póngase ahora en contacto con nosotros para encontrar el mejor sistema de ultrasonidos para su proceso.

Hielscher Ultrasonics' Célula de flujo de vidrio hace visible el proceso ultrasónico

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Homogeneizador de ultrasonidos para laboratorio UP200SHielscher ofrece una amplia gama de homogeneizadores ultrasónicos para el laboratorio (de 50 a 400 W) para homogeneizar las muestras en vasos de precipitados, tubos de ensayo o viales. Las celdas de flujo continuo y los adaptadores para matraces le permitirán realizar montajes más complejos en el laboratorio. Para sonicar viales cerrados, le recomendamos nuestro VialTweeter.
Homogeneizador ultrasónico UIP1000hd para producción por lotesLos homogeneizadores para producción por lotes (0,5 a 2,0kW) se utilizan en investigación aplicada, trabajos de escalabilidad, proyectos piloto, optimización de procesos o procesamiento por lotes a pequeña escala. Estos aparatos de ultrasonidos programables se pueden combinar con un reactor de flujo continuo y una bomba para la producción en línea o a gran escala.
Homogeneizador ultrasónico UIP16000 para uso industrialTanto para el procesamiento continuo de grandes volúmenes como por lotes, ofrecemos sonotrodos de alta potencia (4 a 16 kW). En instalaciones industriales, éstos pueden funcionar agrupados en serie para procesar varios cientos de toneladas por hora. Encontrará disponibles diferentes componentes que cumplen las normas sanitarias, así como células de flujo de entrada múltiple, que se adaptarán a las necesidades de su proceso.

Capacidad de escalabilidad

Mientras que la escalabilidad de un proceso desde el nivel de laboratorio o de procesamiento por lotes hasta la producción en cadena a nivel industrial suele ser el paso más crítico y difícil con otras tecnologías de mezcla, realizar este salto es mucho más sencillo con los equipos de ultrasonidos de Hielscher. Esto se debe a que durante el escalamiento no alteramos ningunos de los parámetros impulsores del proceso, tales como la amplitud o la presión.

La mezcla discontinua mediante ultrasonidos funciona bien para volúmenes de hasta 100 L para muchos procesos, sin embargo la ultrasonicación para conseguir mezclas completas en reactores continuos con bomba de alimentación supone la solución más eficaz. En una celda de flujo, la energía ultrasónica se concentra enormemente sobre un pequeño volumen, logrando así un procesamiento más uniforme y una mejor calidad del producto. Empleando una válvula reguladora de la presión para aumentar la presión en la celda de flujo, podrá incrementar significativamente la sonicación y, por tanto, generar mayores fuerzas de cizallamiento hidráulico.

Aplicaciones y procesos ultrasónicos

Mezclar

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

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!

Desaglomerar

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

Para casi cualquier producto es necesario que las partículas están separadas unas de otras para incrementar la superficie específica y lograr así una distribución uniforme. Mediante la ultrasonicación, es posible conseguir dispersiones homogéneas fácilmente. Los ultrasonicadores de Hielscher son ampliamente utilizados para producir dispersiones de tamaño muy fino, en el rango de micras y nanómetros. ¡Lea más sobre procesos de dispersión!

Emulsión

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

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 del tamaño de 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!

Conozca más aplicaciones

Limpieza de la superficie de 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

La agitación constituye un proceso frecuentemente subestimado, pero que requiere dispositivos fiables, especialmente para viscosidades y volúmenes elevados. Los agitadores convencionales, tales como las mezcladoras de palas o de rotor-estator, están limitados por varios factores, incluyendo la viscosidad y la escalabilidad. Por lo tanto, los ultrasonicadores de alta potencia son la decisión apropiada para su proceso de mezcla, debido a diferentes ventajas, como su alto rendimiento, su reducción del tiempo de operación, sus menores costes operacionales, su seguro manejo (sin partes móviles) y su sencillo mantenimiento.

Hidratación

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

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.

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.

Fluidos pseudoplásticos

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 y pulverización fina

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 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

La inactivación microbiana es un proceso clave en la elaboración de alimentos. Debido a la creciente demanda de alimentos frescos y mínimamente procesados, la industria satisface las exigencias de los clientes sustituyendo los métodos de conservación térmica por otros métodos de procesamiento más suaves. La ultrasonicación es una técnica no térmica que permite inactivar los microorganismos a temperaturas subletales, consiguiendo así una mejor conservación de las propiedades organolépticas, nutricionales y funcionales del producto. Puesto que los microorganismos son la principal causa de deterioro de los alimentos, las técnicas de conservación deben enfocarse en ellos. La principal ventaja de la sonicación es que permite tener un control completo de su intensidad y, por tanto, se puede adaptar a tipos concretos de microorganismos y productos. ¡Lea más sobre inactivación microbiana!

Desgasificación o desaireación

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 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!

Desestabilización de espumas

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

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

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 de la superficie de partículas

La estructura de la superficie de una partícula es importante para su funcionalidad. El área específica de una partícula aumenta de forma inversamente proporcional a su volumen. Por tanto, a medida que se reduce el tamaño de las partículas, sus propiedades superficiales adquieren una mayor relevancia – especialmente en procesos de nanonización. Para el uso de este tipo de materiales, las características de su superficie son tan importantes como sus propiedades intrínsecas. Esto significa que la funcionalización de nanomateriales posibilita un amplio rango de aplicaciones en los campos de los polímeros, nanofluidos, biorresinas, nanomedicamentos y electrónica. Todo ello hace que la reducción de tamaño, la desaglomeración y funcionalización sean pasos esenciales para el tratamiento de las partículas. Los ultrasonicadores de Hielscher son ampliamente utilizados para pulverizar, dispersar y modificar la estructura de micro y nanopartículas. Modificando su superficie, se puede evitar la agregación indeseada de las mismas. En posteriores pasos del proceso, estas partículas modificadas por ultrasonidos se pueden mezclar con resinas, consiguiendo una distribución homogénea dentro de su matriz mediante un tratamiento adicional de sonicación. Esta homogeneidad resulta imprescindible en múltiples aplicaciones industriales que requieren larga estabilidad o propiedades mecánicas concretas para el desarrollo y manejo de materiales híbridos.

Pruebas de desgaste

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 continua de alambre, cable & filamentos

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, cribado y filtración

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 de aguas

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

Nanotecnología

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.

Precipitación (Síntesis ascendete o Bottom-Up)

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!

Química

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).

Sonocatálisis

Los catalizadores aumentan la tasa de conversión de las reacciones químicas y son necesarios para iniciar una reacción o mantenerla hasta la conversión completa. El hecho de que las reacciones catalizadas sean a menudo lentas e incompletas se puede cambiar mediante la aplicación de ultrasonidos de alta potencia. Los ultrasonidos contribuyen tanto a la catálisis homogénea y heterogénea como a alcanzar tasas de conversión más rápidas y con mayor rendimiento. Las fuerzas ultrasónicas crean superficies altamente reactivas, aumentando, por consiguiente, la actividad catalítica. Aunque los catalizadores no se consumen, pueden sufrir deposiciones en su superficies, reduciendo así su actividad. Puesto que los catalizadores sólidos a menudo requieren metales raros y muy costosos, es imprescindible que presenten una larga vida a la hora de valorar el aspecto económico. Los ultrasonidos constituyen una técnica probada para eliminar las deposiciones de su superficie y devolver completamente su 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!

Procesos sol-gel

Dentro de los aditivos con un elevado potencial para el desarrollo y la producción de materiales de alto rendimiento, podemos encontrar nanopartículas ultrafinas, partículas esféricas, capas delgadas de recubrimientos, fibras, materiales porosos y densos, aerogeles ultraporosos y xerogeles. Es posi‐ ble sintetizar materiales avanzados, p. ej., compuestos cerámicos, aerogeles ultraporosos y ultralige‐ ros y compuestos híbridos orgánico-inorgánicos, a partir de suspensiones coloidales o polímeros en líquidos por el método de sol-gel. Estos materiales muestran características únicas, ya que las partí‐ culas del sol generadas se encuentran dentro de un rango de tamaño nanométrico. Siguiendo la ruta sol-gel mediada por ultrasonidos, se pueden crear geles (denominados sonogeles) formados por par‐ tículas de reducido tamaño, con un área específica maximizada y una mayor relación poro-volúmen. En la amplia gama de equipos ultrasónicos de Hielscher, encontrará el mejor dispositivo para trabajar con materiales y volúmenes específicos. ¡Lea más sobre procesos sol-gel!

Degradación química

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

La ultrasonicación tiene diversos efectos sobre los polímeros: los efectos de naturaleza física incluyen el mezclado (p. ej., emulsificación, dispersión, desaglomeración, encapsulación) y transferencia del calor por convección, mientras que los efectos químicos crean radicales libres y modifican las estructuras moleculares. Los ultrasonidos contribuyen de varias formas en el proceso de polimerización: Las ondas de ultrasonidos de alta potencia producen y dispersan nanopartículas, emulsionan líquidos inmiscibles y crean radicales libres que ayudan a polimerizar la emulsión. Se pueden fabricar con éxito nanocompuestos poliméricos e hidrogeles mediante ultrasonidos. Además, la funcionalización de las superficies de los polímeros tiene un papel fundamental en la mejora del rendimiento de los polímeros comunes y ofrece nuevas aproximaciones para desarrollar materiales nuevos. La mejora de propiedades superficiales de los polímeros de gran consumo posee un alto interés económico. Por ello, la sonoquímica proporciona el camino acertado para tratar polímeros de forma airosa.

Recuperación y regeneración de catalizadores

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.

Biología & 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 le ofrece el ultrasonicador más adecuado para cada aplicación. Para trabajar con viales y tubos de ensayo de pequeño tamaño, el VialTweeter es el dispositivo apropiado, mientras que con un equipo de laboratorio con sonotrodo, como el UP200Ht o UP400S podrá procesar perfectamente muestras más grandes. Para un procesamiento por lotes o un uso comercial, los sistemas de ultrasonido de 500 W a 16.000 W procesan fácilmente flujos de gran volumen. Nuestras diferentes clases de sonotrodos, celdas de flujo y accesorios completan nuestro catálogo y cubren todos los requerimientos de procesamiento.

Fragmentanción de ADN, ARN & Cromatina

Los ácidos desoxirribonucleico (ADN), ribonucleico (ARN) y la cromatina son –junto las proteínas– las principales macromoléculas para cualquier forma de vida. El ADN y el ARN son las moléculas que co‐ difican las instrucciones genéticas de los organismos. La cromatina es la asociación de ADN con pro‐ teínas y que compone el contenido núcleo celular. Para llevar a cabo estudios de investigación, es necesario fragmentar estas biomoléculas en segmentos más pequeños para analizarlos o reorgani‐ zarlos mediante técnicas de inmunoprecipitación y entrecruzamiento. Cuando se fragmentan molécu‐ las de DNA, RNA y cromatina, se ha de prestar espacial atención al tamaño de los fragmento. Gra‐ cias el control completo sobre los principales parámetros, los ultrasonidos permiten fragmentar las moléculas de interés de forma específica. Por ejemplo, la longitud ideal de los fragmentos de cromati‐ na oscila entre 200 y 1000 pb, que se consiguen mediante la aplicación de pulsos ultrasónicos. Gra‐ cias a nuestros dispositivos y accesorios inteligentes, los equipos de ultrasonidos de Hielscher satis‐ farán los requerimientos de su proceso, por ejemplo, mediante sonicación directa o indirecta, refrige‐ ración de muestras, almacenamiento digital de datos. Todo ello le garantizará el tratamiento de micro‐ organismos con éxito y un fácil manejo.

Pinturas & Tintas, 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 fabricar tintes y cartuchos de inyección, el tamaño de las partículas es la marca clave de calidad: si los pigmentos son demasiado pequeños, la tinta pierde su intensidad – pero si las partículas de los pigmentos son demasiado grandes, los inyectores de la impresora se obstruyen, obteniendo así impresiones de baja calidad. La ultrasonicación permite ajustar los parámetros de procesamiento hasta exactamente los valores desedos de pulverización y desaglomeración. Una vez que se han dado con los parámetros ideales para la sonicación, no es necesario para cambiarlos. La producción continua permite conseguir un producto homogéneo y de alta calidad. La distribución de partículas en el coloide es vital para que se manifiesten correctamente sus propiedades. Sólo cuando se han dispersado las partículas uniformemente, el producto final presenta una calidad satisfactoria en transparencia, resistencia UV o a los arañazos de recubrimientos. La dispersión es una de las aplicaciones mejor probadas de los ultrasonidos de alta potencia.

Cosmética & 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.

Productos Farmacéuticos

Las aplicaciones de los ultrasonidos en la industria farmacéutica son numerosas: síntesis de compuestos químicos, extracción de compuestos activos (p.ej., fenoles, flavonoides de plantas), emulsificación (de lociones, cremas y ungüentos), preparación de liposomas (encapsulación) o inactivación de virus y microorganismos patógenos para la fabricación de vacunas. En la producción de productos farmacéuticos, el uso de ultrasonicators Hielscher le permitirá aumentar su capacidad de producción y obtener un rendimiento mejorado. Gracias a que nuestros a dispositivos ultrasónicos para uso industrial presentan una enorme fiabilidad, las reacciones se pueden llevar a cabo a gran escala, ya se trate de producción por lotes o continua mediante un reactor de flujo.

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.

Combustibles, Energía, Petróleo & Gas

La técnica de homogeneización por ultrasonidos resulta extremadamente eficaz para producir emulsiones estables e inestables, que permiten la fabricación con éxito de aquafuel. Es decir, el combustible, especialmente aquellos más pesados, como fueloil, se emulsiona con agua. La utilización de combustible enriquecido con agua se traduce en una combustión más eficiente, con una emisión de NOx significativamente menor. Asimismo, otro campo importante se encuentra en el tratamiento de carbón por ultrasonidos.

Alimentos, Productos Lácteos & Bebidas

Procesar los alimentos de forma suave es cada vez más importante debido a la creciente demanda de alimentos frescos y naturales por parte de los consumidores. Por tanto, aquellos pasos más frecuentes del procesado de alimentos, como son la mezcla & homogeneización, la extracción, la estabilización & conservación, están incorporando gradualmente técnicas más innovadoras, como, por ejemplo, el tratamiento por ultrasonidos, que es una técnica no térmica. Las ventajas de la sonicación se basan en un procesamiento suave, rápido y limpio, que conduce a una menor pérdida de producto y a una calidad mejorada de los alimentos, conservando además su frescura y vitaminas. Los ultrasonicadores de Hielscher se utilizan para múltiples procesos de 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 miel, el refinado de aceites comestibles … ¡Lea más sobre el uso de ultrasonidos en la producción de alimentos y bebidas!

Características y Ventajas

  • Sonicación discontinua o en línea
  • Los elementos de inmersión para ultrasonicar están fabricados con titanio
  • Los reactores son acero inoxidable (316L) o vidrio
  • Reducido mantenimiento, sin orificios diminutos
  • Limpieza in situ mediante ultrasonidos (clean-in-place, CIP)
  • Funcionamiento 24 horas/7 días con plena carga
  • Alta eficiencia energética

Mejora del Control Digital

Nuestros nuevos dispositivos vienen equipados con controles digitales mejorados, tales como pantalla táctil, almacenamiento de datos en tarjeta SD, control de temperatura e interfaz LAN para controlar el proceso desde el navegador. No es necesario instalar ningún software.

Lodos de alta viscosidad

Nuestros homogeneizadores para trabajo por lotes e industria pueden procesar lodos con una viscosidad de hasta 250.000 centipoise. Para viscosidades superiores a 2.000 cPs, recomendamos el uso de celdas de flujo con bombas de tornillo para un mejor acoplamiento.

Fácil de limpiar/CIP

Los mezcladores ultrasónicos de Hielscher están diseñados con elementos higiénicos para un fácil acceso y limpieza. La cavitación ultrasónica refuerza los procedimientos de limpieza in situ (clean-in-place, CIP) – se trata de un método de limpieza in situ extremadamente potente.