Misturadores ultrassónicos em linha de elevado cisalhamento

Os sonicadores de elevado cisalhamento para processos de mistura em linha oferecem várias vantagens em comparação com os homogeneizadores coloidais convencionais. A utilização de ultrassons de alta potência para a mistura permite aos misturadores ultrassónicos Hielscher de elevado cisalhamento produzir suspensões coloidais e emulsões uniformemente dispersas na escala nanométrica. Os homogeneizadores ultrassónicos em linha podem processar qualquer volume e viscosidade e podem até lidar com partículas muito abrasivas.

Mistura em linha de elevado cisalhamento com ultrassons de potência

A homogeneização em linha de suspensões sólido-líquido ou líquido-líquido é uma aplicação necessária na produção de uma grande diversidade de materiais e produtos. Os misturadores ultrassónicos em linha de elevado cisalhamento são utilizados em muitas indústrias, incluindo o fabrico de tintas, pigmentos e tintas de impressão, polímeros e compósitos, combustíveis, alimentos e bebidas, suplementos nutricionais, produtos farmacêuticos, cosméticos e produtos de cuidados pessoais, entre outras. Os homogeneizadores ultrassónicos em linha de elevado cisalhamento são utilizados para mistura, dispersão, desaglomeração, emulsificação, molhagem, dissolução e micromoagem de partículas. Um ponto forte particular dos misturadores ultrassónicos em linha de elevado cisalhamento é a capacidade de processar nanomateriais de forma fiável (por exemplo, nanodispersões e nanoemulsões).

Como funciona a mistura ultrassónica de elevado cisalhamento?

A mistura e a homogeneização ultrassónicas de elevado cisalhamento baseiam-se no princípio de funcionamento da cavitação acústica. Quando os líquidos são submetidos a sonicação a intensidades elevadas, as ondas ultrassónicas propagam-se através do meio líquido e originam ciclos alternados de alta pressão (compressão) e baixa pressão (rarefação). Os sonicadores de alta potência funcionam a uma frequência de cerca de 20kHz. Isto significa 20 000 vibrações por segundo. Durante o ciclo de baixa pressão, as ondas ultrassónicas de alta intensidade criam pequenas bolhas de vácuo no líquido. Quando a bolha de cavitação atinge um tamanho em que já não consegue absorver mais energia, colapsa violentamente durante um ciclo de alta pressão. Este fenómeno de implosão de bolhas é conhecido pelo termo técnico “cavitação”. Durante a implosão, são atingidas localmente temperaturas muito elevadas (aprox. 5 000K) e pressões muito elevadas (aprox. 2 000atm). A implosão da bolha de cavitação também gera jatos de líquido com velocidades de até 280m/s. (cf. Suslick 1998)
Estas forças altamente intensas e disruptivas fornecem energia suficiente para moer, desaglomerar e dispersar partículas em fluidos e fazem dos misturadores ultrassónicos de elevado cisalhamento a tecnologia de processamento por excelência. Por isso, são utilizados como técnica de fabrico e processamento, especialmente em setores onde a nanotecnologia e os nanomateriais desempenham um papel crucial no desempenho e na qualidade dos produtos.

Eficiência de processo e energética superior com misturadores ultrassónicos

Os processadores ultrassónicos Hielscher têm uma eficiência energética excecional de >85%. Isto reduz os custos de eletricidade durante o funcionamento e resulta num maior desempenho de processamento. Kusters et al. (1994) concluem no seu estudo que a fragmentação ultrassónica é tão eficiente como a moagem convencional.
Ao aplicar pressão e otimizar o processo ultrassónico, a tecnologia de mistura ultrassónica supera frequentemente, em larga medida, métodos de mistura convencionais, como misturadores de lâminas rotativas, homogeneizadores de alta pressão ou moinhos de bolas.
Noutro estudo, Pohl et al. (2004) compararam a eficiência de processamento da dispersão ultrassónica de sílica com outros métodos de mistura de elevado cisalhamento, como a utilização de um IKA Ultra-Turrax (sistema rotor-estator). Pohl et al. compararam a redução do tamanho das partículas de Aerosil 90 (2%wt) em água utilizando um Ultra-Turrax (sistema rotor-estator) com várias configurações com a obtida com um misturador ultrassónico Hielscher de elevado cisalhamento UIP1000hd com célula de fluxo em modo contínuo. O estudo de Pohl et al. conclui que “a uma energia específica EV constante, os ultrassons são mais eficazes do que o sistema rotor-estator” e que “a frequência ultrassónica aplicada no intervalo de 20 kHz até 30 kHz não tem um efeito significativo no processo de dispersão.”

Redução ultrassónica do tamanho das partículas de hidroxiapatite de cálcio (30% de concentração de sólidos, 150Ws/g US)

Onde comprar o seu misturador ultrassónico em linha de elevado cisalhamento?

A Hielscher Ultrasonics é o seu parceiro de confiança para processos de sonicação de elevado desempenho, como moagem ultrassónica, dispersão, emulsificação e dissolução. Os misturadores ultrassónicos em linha de elevado cisalhamento da Hielscher podem fornecer amplitudes muito elevadas. É possível operar facilmente e de forma contínua com amplitudes de até 200µm em funcionamento 24/7/365. Para amplitudes ainda mais elevadas, estão disponíveis sonotrodos ultrassónicos personalizados. Uma grande variedade de reatores ultrassónicos em linha e outros acessórios permite obter a configuração ideal para a sua aplicação ultrassónica (por exemplo, emulsificação em linha, redução do tamanho das partículas e homogeneização).
Software inteligente, um menu digital através de um ecrã tátil, registo automático de dados e controlo remoto através do navegador são características dos homogeneizadores ultrassónicos Hielscher de elevado cisalhamento que tornam a operação a mais intuitiva e simples. A tecnologia de limpeza no local (CIP) torna prática a utilização do misturador ultrassónico de elevado cisalhamento. Robustez, fiabilidade, instalação e operação simples, bem como pouca manutenção, são características adicionais que facilitam a rotina diária de trabalho com os sonicadores Hielscher.

Contacte-nos agora para saber mais sobre como um misturador ultrassónico em linha de elevado cisalhamento pode melhorar o seu processamento de sistemas sólido-líquido e líquido-líquido! A nossa equipa, com sólida formação e muitos anos de experiência, terá todo o gosto em ajudá-lo com mais informações sobre aplicações e preços.

A tabela abaixo dá-lhe uma indicação da capacidade aproximada de processamento dos nossos sonicadores: