Mistura de elevado cisalhamento com ultrassons
Os misturadores de elevado cisalhamento aplicam forças de cisalhamento elevadas a líquidos e suspensões para proporcionar a dispersão, mistura e emulsificação uniformes de duas ou mais fases líquido-sólido ou líquido-líquido. A sonicação gera forças de cisalhamento elevadas através da cavitação acústica, que ocorre quando ultrassons de alta potência são acoplados a líquidos. Os misturadores ultrassónicos de elevado cisalhamento constituem uma tecnologia de mistura superior, que supera facilmente os misturadores de pás de elevado cisalhamento, misturadores de múltiplos eixos, homogeneizadores de alta pressão, moinhos coloidais e agitadores de pás habitualmente utilizados.
As vantagens dos misturadores ultrassónicos de elevado cisalhamento
Os misturadores ultrassónicos de elevado cisalhamento estão disponíveis desde homogeneizadores de laboratório de 50W até sistemas de mistura industriais de 16 000W. A vasta gama de misturadores ultrassónicos de elevado cisalhamento para laboratório, de bancada e industriais permite escolher o misturador ultrassónico de elevado cisalhamento ideal para a sua aplicação e volume de produção.
As amplitudes elevadas na sonda ultrassónica criam cavitação intensa com correntes de líquido de elevada velocidade e turbulências complexas. O intenso cisalhamento hidráulico e mecânico gerado por ultrassons reduz as partículas e gotículas a dimensões micrométricas e nanométricas. Como os parâmetros do processo de sonicação podem ser controlados e ajustados com precisão, o efeito da mistura, moagem ou dispersão pode ser adaptado com precisão ao material e ao objetivo do processo. Os misturadores ultrassónicos de elevado cisalhamento reduzem o tempo de mistura / moagem e produzem, de forma fiável, dispersões finas e ultrafinas.
O misturador ultrassónico pode ser utilizado em processos por lotes e de fluxo em linha. A variedade de células de fluxo e reatores ultrassónicos permite misturar correntes com caudais e viscosidades muito diferentes. O misturador ultrassónico de elevado cisalhamento consegue processar concentrações muito elevadas de sólidos, e mesmo as partículas muito abrasivas não constituem um problema.
Como funciona a mistura de elevado cisalhamento por sonicação?
Os misturadores ultrassónicos de elevado cisalhamento utilizam o mesmo princípio mecânico que os sistemas de mistura industriais, como os misturadores de pás de elevado cisalhamento, misturadores de múltiplos eixos, moinhos coloidais, homogeneizadores de alta pressão e sistemas de agitadores de pás. Os sistemas de mistura ultrassónica são utilizados para dispersar e moer partículas, emulsionar fases de óleo e água, solubilizar matéria sólida e produzir misturas homogéneas de qualquer tipo de materiais em líquidos e suspensões. Os misturadores ultrassónicos de cisalhamento integram uma sonda ultrassónica num recipiente de mistura, como um tanque de processamento por lotes ou uma célula de fluxo. A sonda do desintegrador ultrassónico vibra no líquido a uma frequência muito elevada e cria cavitação ultrassónica intensa no líquido. O colapso das bolhas de cavitação resulta em forças de cisalhamento potentes, que desintegram e fragmentam gotículas, aglomerados, agregados e até partículas primárias. Como a cavitação ultrassónica gera correntes de cavitação de elevada velocidade, até 1000km/h, os jatos de líquido produzidos pela cavitação aceleram as partículas. Quando as partículas aceleradas colidem umas com as outras, atuam como meios de moagem. Subsequentemente, as partículas em colisão fragmentam-se e são reduzidas a dimensões micrométricas ou nanométricas. No campo de cavitação ultrassónica, as pressões alternam rápida e repetidamente entre o vácuo e valores até 1000bar. Um misturador rotativo com 4 pás de mistura teria de funcionar a umas impressionantes 300 000 RPM para atingir a mesma frequência de ciclos de pressão alternados. Os misturadores rotativos convencionais e os misturadores rotor-estator não criam uma quantidade significativa de cavitação devido à sua limitação de velocidade.
Misturador ultrassónico de elevado cisalhamento UIP2000hdT, uma potente unidade de mistura de 2kW
Dica de processamento: mistura ultrassónica sob pressão
A aplicação de pressão ao reator ultrassónico ou à célula de fluxo intensifica a cavitação acústica. A Hielscher Ultrasonics fornece vários tipos de células de fluxo e reatores, que podem ser facilmente pressurizados até 5 barg. Os reatores ultrassónicos personalizados podem suportar pressões mais elevadas, até 300barg.
Misturadores ultrassónicos de elevado cisalhamento e as suas aplicações
Os misturadores ultrassónicos de elevado cisalhamento criam forças de cisalhamento intensas, que exercem o efeito necessário sobre partículas como sólidos, gotículas, cristais e fibras, para as desintegrar e fragmentar até uma dimensão pretendida, que pode situar-se na gama micrométrica ou nanométrica. Dependendo da dureza e da fragilidade dos materiais, os parâmetros do processo ultrassónico podem ser ajustados com exatidão para obter o resultado de mistura desejado. Em comparação com métodos de mistura alternativos, como agitadores de pás de elevado cisalhamento, homogeneizadores de alta pressão, moinhos coloidais / de esferas, misturadores de eixo, etc., os desintegradores ultrassónicos oferecem algumas vantagens importantes.
Vantagens dos misturadores ultrassónicos de elevado cisalhamento
- Cavitação e cisalhamento de alta intensidade
- Processamento uniforme das partículas
- Elevadas concentrações de sólidos
- Sem bocais / sem obstruções
- Sem necessidade de meios de moagem (isto é, esferas)
- Aumento de escala linear
- Funcionamento fácil e seguro
- Fáceis de limpar
- Eficiência em termos de tempo e energia
Misturadores ultrassónicos de elevado cisalhamento para redução do tamanho das partículas
Os desintegradores ultrassónicos são utilizados para a redução do tamanho das partículas e a distribuição de partículas, quer se trate de uma verdadeira cominuição de partículas primárias (designada por moagem) ou da fragmentação de aglomerados (designada por desaglomeração / dispersão).
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Misturadores ultrassónicos de elevado cisalhamento para emulsificação
Quando dois líquidos imiscíveis (por exemplo, água e óleo) são sonicados utilizando um misturador ultrassónico de sonda, a cavitação ultrassónica desintegra as gotículas – produzindo gotículas muito pequenas das duas fases imiscíveis, que são depois misturadas entre si. Como os misturadores ultrassónicos de elevado cisalhamento produzem facilmente gotículas de dimensão nanométrica, as emulsões ultrassónicas estabilizadas apresentam estabilidade a longo prazo e um aspeto límpido e transparente.
Como cada tipo de emulsão tem o seu limiar específico de emulsificação / cisalhamento, no qual se obtêm o tamanho e as características ideais das gotículas, o ajuste preciso dos parâmetros de mistura é crucial. Enquanto um cisalhamento demasiado baixo resulta em gotículas demasiado grandes, que coalescem rapidamente e conduzem à separação de fases, um cisalhamento demasiado elevado pode destruir o produto. Os misturadores ultrassónicos de elevado cisalhamento podem ser controlados com precisão e ajustados às necessidades do processo.
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Misturador ultrassónico de elevado cisalhamento UP200Ht para emulsificação
Misturadores ultrassónicos de elevado cisalhamento para mistura e dissolução
Os misturadores ultrassónicos de elevado cisalhamento são utilizados para misturar, moer, dispersar e dissolver partículas, como pós, pigmentos e fibras, num processo rápido, fiável e fácil. A cavitação gerada por ultrassons aumenta a transferência de massa entre os sólidos e o líquido. A cavitação ultrassónica tem um forte efeito sobre as partículas sólidas: as correntes de líquido produzidas pela cavitação erodem a superfície dos sólidos e transportam os fragmentos erodidos para o líquido, produzindo assim uma suspensão homogénea.
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Aplicações dos misturadores ultrassónicos de elevado cisalhamento
- Moagem e trituração
- Desaglomeração e dispersão
- Emulsificação
- Dissolução de pós
- Melhoria da transferência de massa
- Reações sonoquímicas
A SonoStation – um sistema ultrassónico com 2x sonicadores de 2kW, tanque agitado e bomba – é um sistema fácil de utilizar para aplicações de mistura, moagem e dispersão.
Misturadores de elevado cisalhamento de qualquer dimensão
A Hielscher Ultrasonics concebe, fabrica e distribui misturadores de elevado cisalhamento de alto desempenho, desde o dispositivo de laboratório compacto, mas potente, até misturadores de elevado cisalhamento à escala piloto e industrial para o processamento de correntes de grande volume à escala de produção comercial.
Misturadores de elevado cisalhamento para o laboratório
Os misturadores ultrassónicos de sonda são ferramentas consagradas em todos os laboratórios. Como os processos ultrassónicos podem ser ampliados linearmente para grandes volumes, os misturadores ultrassónicos de elevado cisalhamento da Hielscher são ideais para desenvolver e otimizar o seu processo em pequena escala. Depois de estabelecer os parâmetros de processo ideais, a sua aplicação de mistura pode ser ampliada linearmente para a produção à escala piloto e em grandes quantidades.
A Hielscher oferece misturadores ultrassónicos de elevado cisalhamento para trabalhos à escala laboratorial com uma gama de potência de mistura ultrassónica de 50 a 400 watts.
Misturadores de elevado cisalhamento para a indústria
Os misturadores industriais de elevado cisalhamento da Hielscher são processadores ultrassónicos de alta potência concebidos para moer, dispersar, emulsionar e misturar grandes correntes de suspensões em condições de serviço exigentes. Estes misturadores industriais processam facilmente elevadas concentrações de sólidos e partículas abrasivas. As sondas (sonotrodos) dos misturadores ultrassónicos industriais de elevado cisalhamento estão equipadas com uma flange, para que o misturador possa ser integrado em tanques de aço, recipientes de vidro ou recipientes de plástico em qualquer orientação. Isto permite pressurizar o recipiente de sonicação. A aplicação de pressão ao recipiente ultrassónico ou à célula de fluxo intensifica a cavitação acústica e, consequentemente, o processo de mistura ultrassónica. A Hielscher Ultrasonics oferece misturadores industriais de elevado cisalhamento de 500 a 16 000 watts. Com o UIP16000, a Hielscher oferece o misturador ultrassónico de elevado cisalhamento mais potente do mundo.
Materiais de elevada viscosidade? – Sem problema! Todos os processadores ultrassónicos da Hielscher nas categorias de bancada e industrial podem processar facilmente suspensões viscosas até 250 000 centipoise. Para viscosidades superiores a 2 000 cPs, recomendamos a utilização de células de fluxo contínuo em combinação com bombas de cavidade progressiva, para melhorar o acoplamento das ondas ultrassónicas ao fluido.
Como encontrar o misturador ultrassónico de elevado cisalhamento adequado?
A Hielscher Ultrasonics é um fabricante com longa experiência em sistemas de mistura ultrassónica de elevado cisalhamento potentes e fiáveis, utilizados para dispersar e fragmentar partículas, preparar nanoemulsões ou dissolver pós em líquidos. Como líder de mercado em misturadores ultrassónicos, a Hielscher concebe, fabrica e distribui misturadores e homogeneizadores ultrassónicos de elevado cisalhamento, desde as escalas laboratorial e de bancada até às escalas piloto e totalmente industrial.
Responder às seguintes perguntas ajudará a encontrar o misturador de elevado cisalhamento mais adequado para o seu processo:
- Qual é a aplicação pretendida?
- Qual é o volume típico que tem de ser processado?
- Quais são os fatores críticos do processo?
- Quais são os padrões de qualidade que têm de ser atingidos?
A nossa equipa com sólida formação e experiência irá ajudá-lo com quaisquer questões e com a conceção do seu processo de mistura. A Hielscher Ultrasonics oferece consultoria aprofundada sobre processamento ultrassónico para ajudar os nossos clientes a encontrar o misturador ultrassónico de elevado cisalhamento mais adequado. Mas o serviço da Hielscher não termina aqui: damos formação aos clientes nas suas instalações ou no nosso laboratório de processos ultrassónicos e centro técnico, para os apoiar durante o desenvolvimento, otimização e aumento de escala do processo.
Os processadores ultrassónicos industriais da Hielscher Ultrasonics fornecem facilmente amplitudes muito elevadas, necessárias para fragmentar partículas duras e aglomerados ou para processar suspensões com elevada concentração de sólidos. Os misturadores industriais da Hielscher funcionam facilmente com amplitudes até 200µm, continuamente, em funcionamento 24/7. Se processos específicos exigirem amplitudes ainda mais elevadas, estão disponíveis sondas ultrassónicas personalizadas. Acessórios como amplificadores de amplitude, células de fluxo, reatores de sonicação e sistemas completos de recirculação estão prontamente disponíveis e permitem configurar o seu sistema de mistura ultrassónica de forma ideal para os requisitos do seu processo. Todos os sonotrodos e reatores, que são as únicas peças que entram em contacto com o meio, permitem CIP/SIP (limpeza e esterilização no local).
Misturadores ultrassónicos de elevado cisalhamento sofisticados
A Hielscher Ultrasonics concentra-se em desintegradores celulares de alto desempenho com a máxima facilidade de utilização e avanços técnicos de última geração. Isto significa que os padrões dos desintegradores de laboratório da Hielscher se adaptam cada vez mais à inteligência das máquinas industriais. O utilizador pode controlar os sonicadores digitais da Hielscher através de controlo remoto por navegador. O software de registo automático de dados grava todos os parâmetros ultrassónicos importantes, como potência líquida, potência total, amplitude, temperatura, pressão, hora e data, num ficheiro CSV num cartão SD integrado. Além disso, o desintegrador ultrassónico pode ser programado para desligar automaticamente após um tempo determinado ou uma entrada de energia específica, ou para executar modos de sonicação pulsada. Os sensores de temperatura e pressão conectáveis permitem acompanhar cuidadosamente as condições da amostra. Como o controlo da temperatura de materiais sensíveis ao calor é um fator crucial para a qualidade dos resultados do processo, a Hielscher oferece várias soluções para manter a temperatura do processo no intervalo de temperatura pretendido.
As funções sofisticadas dos sonicadores da Hielscher asseguram o mais elevado controlo do processo, resultados de sonicação fiáveis e reprodutíveis, facilidade de utilização e conforto de trabalho.
Qualidade – Fabricado na Alemanha
Como empresa de propriedade e gestão familiar, a Hielscher dá prioridade aos mais elevados padrões de qualidade para os seus processadores ultrassónicos. Todos os sonicadores são concebidos, fabricados e rigorosamente testados na nossa sede em Teltow, perto de Berlim, na Alemanha. A robustez e a fiabilidade dos equipamentos ultrassónicos da Hielscher tornam-nos ferramentas incansáveis na sua produção. O funcionamento 24/7 em plena carga e em ambientes exigentes é uma característica natural dos misturadores de alto desempenho da Hielscher.
Pode comprar misturadores ultrassónicos de elevado cisalhamento da Hielscher em diferentes dimensões e configurados para o seu processo. Desde o tratamento de fluidos num pequeno copo de laboratório até à mistura de suspensões em fluxo contínuo à escala industrial, a Hielscher Ultrasonics oferece um misturador de elevado cisalhamento adequado para si! Contacte-nos – teremos todo o gosto em recomendar-lhe a configuração ideal de misturador ultrassónico!
A tabela abaixo dá-lhe uma indicação da capacidade aproximada de processamento dos nossos sonicadores:
| Volume do lote | Caudal | Dispositivos recomendados |
|---|---|---|
| 1 a 500mL | 10 a 200mL/min | UP100H |
| 10 a 2000mL | 20 a 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 a 20L | 0,2 a 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 a 100L | 2 a 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 a 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | superior | conjunto de UIP16000 |
Contacte-nos! / Pergunte-nos!
Homogeneizadores ultrassónicos de alta potência desde a escala de laboratório até às escalas piloto e industrial .
Informações úteis
Sonicadores e a sua utilização como misturadores de elevado cisalhamento
Os sonicadores são dispositivos ultrassónicos de sonda, definidos pela transmissão das vibrações ultrassónicas através de uma sonda ultrassónica para o meio de processamento. A sonda, também conhecida como sonotrodo, é uma haste de titânio que vibra a uma frequência ultrassónica, por exemplo, 20kHz. Vibrar a 20 kHz significa que a superfície horizontal da sonda se expande e contrai 20 000 vezes por segundo. Estes movimentos rápidos na gama de frequências ultrassónicas na ponta da sonda são acoplados ao fluido. No fluido, as ondas ultrassónicas propagam-se através do meio e geram ciclos alternados de alta pressão / baixa pressão. Durante o ciclo de baixa pressão, surgem minúsculas bolhas de vácuo, que crescem ao longo de vários ciclos de pressão até atingirem um ponto em que não conseguem absorver mais energia. No ponto de crescimento máximo, a bolha de cavitação rebenta violentamente. A implosão resulta num campo de elevada densidade energética com temperaturas e pressões muito elevadas, os respetivos diferenciais de temperatura e pressão, correntes de líquido com velocidades até 180m/sec e turbulências. Esta energia de cavitação tem um forte efeito sobre líquidos e suspensões, produzindo resultados extraordinários de mistura, combinação, moagem, dispersão e emulsificação. Os misturadores ultrassónicos de elevado cisalhamento produzem facilmente partículas e gotículas de dimensão nanométrica com uma distribuição muito estreita do tamanho das partículas / gotículas.
Leia aqui quais são as diferenças entre o processamento por cavitação ultrassónica / acústica e por cavitação hidrodinâmica!
Setores industriais comuns para os misturadores ultrassónicos de elevado cisalhamento
- Dispersão, dissolução e mistura de formulações sólido/líquido
- Emulsificação
- Ciência dos materiais
- Preparação de amostras antes da análise
- Aplicações de nanopartículas
- Funcionalização de partículas
- Reações de transferência de fase
Bibliografia / Referências
- Pohl M.; Schubert H. (2004): Dispersion and deagglomeration of nanoparticles in aqueous solutions. International Congress for Particle Technology PARTEC 2004; Nuremberg, Germany.
- Thomas Leong, Muthupandian Ashokkumar, Sandra Kentish(2011): The Fundamentals of Power Ultrasound. – A Review. Acoustics Australia, 54 – Vol. 39 August 2011.
- Karl A. Kusters, Sotiris E. Pratsinis, Steven G. Thoma, Douglas M. Smith (1994): Energy-size reduction laws for ultrasonic fragmentation. Powder Technology, Volume 80, Issue 3, September 1994. 253-263.
- Pekarovicova, A.; Pekarovic, J. (2009): Emerging Pigment Dispersion Technologies. Pira International (2009).
- S.E. Karekar; B.A. Bhanvase; S.H. Sonawane; M.P. Deosarkar; D.V. Pinjari; A.B. Pandit(2014): Synthesis of zinc molybdate and zinc phosphomolybdate nanopigments by an ultrasound assisted route: Advantage over conventional method. Chemical Engineering and Processing 87; Nov. 2014.