Tamizadora ultrasónica para mejorar el tamizado – Un estudio de caso
El tamizado mecánico tradicional de polvos finos se ve frecuentemente dificultado por la rápida formación de aglomerados – a menudo causada por la adhesividad del almidón – que obstruyen rápidamente la malla del tamiz y reducen drásticamente la eficiencia de separación. La tamizadora ultrasónica aborda este problema crítico mediante vibraciones mecánicas de alta frecuencia que desobstruyen continuamente la superficie del tamiz.
Los resultados del estudio aquí presentado revelan una mejora notable en la eficiencia de separación respecto a los métodos convencionales; mientras que el tamizado tradicional permitió obtener menos del 55% del material en el intervalo óptimo de 200–450 μm, el sistema ultrasónico mejoró significativamente la recuperación de la fracción deseada. Cabe destacar que un ciclo de tamizado de 10 minutos con una amplitud ultrasónica del 75% logró aislar el 83,79% de la harina de maíz dentro del intervalo de tamaño objetivo, lo que demuestra que la desobstrucción ultrasónica es un método de procesamiento altamente eficaz y justificado para garantizar una distribución precisa del tamaño de partícula.
Quién se beneficia del uso de una tamizadora ultrasónica
- Control de calidad e investigación de laboratorio: Los científicos y técnicos que realizan análisis del tamaño de partícula obtienen resultados precisos y reproducibles sin las interferencias causadas por la obstrucción de la malla.
- Industria alimentaria y empresas de procesamiento: Las industrias que trabajan con materiales a base de almidón, como las harinas de maíz, trigo y centeno, se benefician de una granulometría uniforme, esencial para optimizar productos como los extruidos de expansión directa.
- Operaciones de fabricación: Las instalaciones que utilizan extrusión o procesos similares mejoran la calidad de sus productos finales, ya que un tamaño de partícula uniforme garantiza una mejor transferencia de calor y las propiedades de textura deseadas durante el procesamiento.
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Tamizadora ultrasónica con torre de tamices
Estudio de caso: tamizadora ultrasónica para desobstruir las mallas durante el tamizado de harina de maíz
El estudio de caso de Brnčić y sus colaboradores (2009) evalúa el uso de la tamizadora ultrasónica de Hielscher para mejorar el tamizado de harina de maíz destinada a la producción de alimentos extruidos de expansión directa, incluidos aperitivos enriquecidos con proteínas de suero de leche o de soja. El tamaño de partícula es un factor crítico en la extrusión porque afecta a la mezcla de los ingredientes, la transferencia de calor, la expansión y la textura del producto final. Por ello, los investigadores se propusieron aislar partículas de harina de maíz de entre 200 y 450 μm – el intervalo preferido para esta aplicación.
Se ensayó el tamizado convencional durante 5, 10 y 15 minutos. Dado que la harina de maíz contiene almidón adhesivo, las partículas colisionaron y formaron aglomerados que obstruyeron el tamiz, especialmente la malla de 450 μm. La obstrucción comenzó en el primer o segundo minuto y se agravó al prolongar el procesamiento. En consecuencia, la proporción de harina en el intervalo deseado descendió del 55,58% tras 5 minutos al 54,11% tras 10 minutos y a solo el 49,37% tras 15 minutos.
Los ensayos se repitieron con un sistema ultrasónico con una potencia nominal de hasta 250 W que funcionaba a 24 kHz. Se evaluaron tres amplitudes ultrasónicas – 25%, 50% y 75% – para cada duración de tamizado. Las vibraciones mecánicas de alta frecuencia se propagaron a través del tamiz, disgregaron los aglomerados y mantuvieron libres las aberturas de la malla.
Los tamices sometidos a vibraciones ultrasónicas proporcionaron una mejora sustancial:
- Tras 5 minutos, la fracción aprovechable aumentó con la amplitud y alcanzó el 79,57% con una amplitud del 75%.
- Tras 10 minutos con una amplitud del 75%, el 83,79% de la harina se encontraba dentro del intervalo objetivo, frente al 54,11% obtenido mediante tamizado convencional – una mejora de casi 30 puntos porcentuales.
- Tras 15 minutos con una amplitud del 75%, la fracción objetivo se mantuvo en un nivel igualmente elevado, del 83,4%, frente a solo el 49,37% sin ultrasonidos.
Los dos mejores resultados superaron el umbral del 75% establecido en el estudio para un procesamiento económicamente viable.
Resultados del tamizado de harina de maíz con la tamizadora ultrasónica tras 10 minutos
Estudio y gráfico: ©Brnčić et al., 2009.
Por tanto, la principal ventaja del tamizado ultrasónico es su capacidad para evitar la obstrucción del tamiz y, al mismo tiempo, proporcionar un rendimiento mayor y más constante de material con el tamaño adecuado. También puede mantener la capacidad de tamizado, reducir la dependencia de métodos de limpieza manuales o mecánicos y limitar los riesgos asociados de daños en la malla y contaminación del producto.
En conjunto, el estudio identifica un tamizado de 10 minutos con una amplitud ultrasónica del 75% como la condición más eficiente de las ensayadas. La fracción de harina resultante facilita una mezcla más uniforme con concentrados de proteínas y debería favorecer una mayor uniformidad en la extrusión, la expansión y la textura del producto. El método también podría ser adecuado para separar por tamaño de partícula otros materiales en polvo.
¿Por qué utilizar una tamizadora ultrasónica?
- Eliminación de la obstrucción del tamiz: El tamizado convencional de polvos finos y adhesivos (como la harina de maíz) suele provocar una rápida obstrucción de la malla debido a la aglomeración de partículas causada por la adhesividad del almidón. Las vibraciones ultrasónicas disgregan continuamente estos aglomerados y mantienen libres las aberturas de la malla durante todo el proceso.
- Aumento significativo del rendimiento y la precisión: Al evitar la obstrucción, el tamizado ultrasónico puede mejorar drásticamente la recuperación de la fracción de partículas deseada. Por ejemplo, en el estudio de caso, la fracción objetivo (200–450 μm) aumentó de menos del 55% con el tamizado tradicional a más del 83% con ultrasonidos.
- Optimización de los procesos posteriores: Una distribución precisa del tamaño de partícula es fundamental para el análisis, el control de calidad y las aplicaciones industriales.
- Rendimiento superior con partículas finas: Los métodos tradicionales suelen fallar con mallas finas (por ejemplo, de 450 μm o menos) debido a su rápida obstrucción. La desobstrucción ultrasónica garantiza que incluso las mallas más finas sigan siendo eficaces, lo que permite separar polvos finos y suspensiones con gran precisión.
- Mayor durabilidad de la malla y menor necesidad de limpieza: Los discos mecánicos de desobstrucción o la intervención manual pueden ser ineficientes y dañar las delicadas mallas de los tamices. Las tamizadoras ultrasónicas reducen el desgaste de la malla del tamiz.
- Eficiencia en tiempo y costes: El tamizado ultrasónico logra mayores rendimientos en periodos más cortos que el tamizado tradicional prolongado, que ofrece tasas de recuperación inferiores. Esta eficiencia reduce los costes de mano de obra y aumenta la capacidad de procesamiento del laboratorio.
- Versatilidad en distintos sectores: Aunque se ha demostrado con materiales alimentarios como las harinas de maíz, trigo y centeno, la tecnología es aplicable a diversos polvos finos y partículas suspendidas en líquidos, lo que la hace valiosa para la investigación farmacéutica, química y en ciencia de materiales.
- Mayor reproducibilidad: Al proporcionar un mecanismo de desobstrucción constante y controlado, el tamizado ultrasónico reduce la variabilidad asociada al tamizado manual o al golpeteo mecánico, lo que permite obtener resultados analíticos más fiables y repetibles.
Preguntas frecuentes: tamizado ultrasónico de materiales alimentarios
¿Cuál es la principal ventaja de utilizar una tamizadora ultrasónica para polvos finos como la harina?
La principal ventaja es la prevención de la «obstrucción del tamiz» (bloqueo). Los polvos finos, especialmente los ricos en almidón, como la harina de maíz, tienden a formar aglomerados debido a su adhesividad y a las colisiones entre partículas. Estos aglomerados obstruyen rápidamente la malla del tamiz y reducen la eficiencia de separación. El tamizado ultrasónico utiliza vibraciones de alta frecuencia para disgregar estos aglomerados en tiempo real, mantener libres las aberturas de la malla y garantizar una distribución precisa del tamaño de partícula.
¿Cómo funciona el sistema de desobstrucción ultrasónica?
El sistema utiliza un transductor ultrasónico montado en un anillo vacío situado entre el tamiz inferior y la base del equipo. Un generador de potencia convierte los impulsos eléctricos en una señal mecánica de alta energía. Esta señal penetra en la superficie del tamiz, disgrega los aglomerados y «desobstruye» la malla continuamente durante el proceso de tamizado.
¿Por qué es importante un tamaño de partícula preciso en el procesamiento por extrusión?
El tamaño de partícula influye directamente en la calidad del producto final. En los extruidos de expansión directa, las partículas más grandes tienen una menor superficie de contacto con el cilindro de la extrusora, lo que provoca una transferencia de calor deficiente y un procesamiento desigual. Por el contrario, las partículas del tamaño adecuado garantizan un calentamiento uniforme y mejores propiedades de textura. En general, se alcanza el umbral de rentabilidad cuando al menos el 75% de las partículas de la materia prima se encuentra dentro del intervalo de tamaño deseado.
¿Cómo se compara el tamizado ultrasónico con el tamizado mecánico tradicional?
El tamizado tradicional sin ultrasonidos suele provocar una rápida obstrucción del tamiz. En el estudio de Brnčić et al. (2009), los tamices quedaron completamente obstruidos en el primer o segundo minuto, y el tamiz de 450 μm fue el más afectado. Los métodos tradicionales permitieron obtener menos del 55% del material en el intervalo de tamaño óptimo, incluso tras tiempos de tamizado prolongados. El tamizado ultrasónico mejoró significativamente este resultado y permitió recuperar más del 83% de la fracción deseada.
¿Ofrece el tamizado ultrasónico ventajas operativas en un entorno de laboratorio?
Sí. Las tamizadoras ultrasónicas no solo agilizan significativamente los flujos de trabajo de tamizado, sino que también mejoran la eficiencia del tamizado y reducen el desgaste de las delicadas mallas de los tamices.
¿Cómo mejora el tamizado ultrasónico la precisión del análisis del tamaño de partícula respecto a los métodos tradicionales?
El tamizado tradicional de polvos finos suele provocar la «obstrucción» o el bloqueo del tamiz debido a la formación de aglomerados, lo que puede distorsionar los resultados. El tamizado ultrasónico resuelve este problema mediante una señal mecánica de alta frecuencia generada por un transductor montado en la base del tamiz. Esta energía penetra en la superficie de la malla para disgregar los aglomerados en tiempo real, mantener la malla libre de obstrucciones y garantizar una separación precisa
¿Cuáles son los ajustes óptimos del tamizado ultrasónico para obtener los mejores resultados de separación?
La investigación indica que tanto la duración del tamizado como la amplitud ultrasónica son factores críticos. Para materiales como la harina de maíz, se comprobó que un tamizado de 10 minutos combinado con una amplitud ultrasónica del 75% era altamente eficaz. Este ajuste específico permitió aislar el 83,79% del material dentro del intervalo de tamaño de partícula deseado (200–450 μm), superando significativamente los métodos de tamizado tradicionales. (cf. Brnčić et al., 2009)
¿Por qué es importante una separación precisa por tamaño de partícula para procesos industriales posteriores como la extrusión?
El tamaño de partícula influye directamente en la calidad del producto final. Las partículas más grandes tienen una menor superficie de contacto con el cilindro de la extrusora, lo que provoca una transferencia de calor deficiente y un procesamiento desigual. Por el contrario, las partículas del tamaño adecuado garantizan un calentamiento uniforme y un mejor contacto con los componentes internos de la extrusora, lo que se traduce en propiedades de textura superiores en el producto extruido final.
Bibliografía / Referencias
- FactSheet Ultrasonic Sieve Shaker UP200TS – Hielscher Ultrasonics
- FactSheet Ultraschall-Siebsystem UP200TS – Hielscher Ultrasonics – deutsch
- Brnčić, Mladen; Ines, Bradač; Tripalo, Branko; Ježek, Damir; Obradović, Valentina; Sven, Karlović; Bosiljkov, Tomislav (2009): Ultrasonically Improved Sieving of Food Materials for Manufacturing of Direct Expanded Extrudates. Agriculturae Conspectus Scientificus (ACS) 74, 2009.
- Xu R., Hong J., Morse C.L., Pike V.W. (2010): Synthesis, structure-affinity relationships, and radiolabeling of selective high-affinity 5-HT4 receptor ligands as prospective imaging probes for positron emission tomography. Journal of Medicinal Chemistry Oct 14;53(19), 2010. 7035-7047.
- An, Y., Kim, K., Lee, YJ. et al. (2026): Binding properties of sulfur to enable solvent-free fabrication of high-performance polymer-free sulfur-carbon positive electrodes. Nature Communications 17, 2360 (2026).
La tamizadora ultrasónica de Hielscher mejora el tamizado de polvos secos y húmedos
Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrasónicos de alto rendimiento desde escala de laboratorio hasta escala industrial.