Homogeneizadores ultrasónicos para el procesamiento de líquidos

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Hielscher 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.

Los 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.

Tanto 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.

Aplicaciones y procesos ultrasónicos

mezcla de ultrasonidos

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 por ultrasonidos

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!

Desaglomerante ultrasónico

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 ultrasónica

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!

Emulsificación por ultrasonidos

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 por ultrasonidos

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 las partículas ultrasónicas

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!

Más procesos ultrasónicos

Limpieza de superficies con partículas ultrasónicas

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 ultrasónica

La agitación y agitación ultrasónica de los tanques requiere un equipo fiable, especialmente para aumentar la viscosidad y el volumen. Los agitadores de tanque convencionales, como los mezcladores de paletas o los mezcladores de rotor y estator, están limitados por varios factores, incluyendo la viscosidad y la escalabilidad. Por lo tanto, la agitación ultrasónica de alta potencia de los tanques es la opción correcta para su proceso de mezcla debido a un mayor rendimiento, ahorro de tiempo, menores costos operativos, operación segura (sin partes móviles) y mantenimiento sencillo. Lea más sobre agitadores de tanque ultrasónicos!

Hidratación ultrasónica

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 por ultrasonidos

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.

Ultrasonido para la 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.

Cizallamiento por ultrasonidos - Dilución

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.

Fresado húmedo por ultrasonidos

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 ultrasónica 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 Ultrasónica

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 ultrasónica

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 ultrasónica 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!

Antiespumante Ultrasónico

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 ultrasónico

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 por ultrasonidos

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 ultrasónicas

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 Erosión por Ultrasonido

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 Ultrasónica de Alambre y Cable

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 y filtración por ultrasonidos

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 ultrasónico 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.