Misturadores ultrassónicos de elevado cisalhamento por lotes para laboratório e produção
A molhagem, a hidratação, a homogeneização, a moagem, a dispersão, a emulsificação e a dissolução são aplicações comuns dos misturadores ultrassónicos de elevado cisalhamento por lotes da Hielscher. A mistura ultrassónica por lotes é realizada a alta velocidade, com resultados fiáveis e reprodutíveis, para obter resultados de processamento excecionais à escala laboratorial, de bancada e de produção comercial plena. Os homogeneizadores multifunções por lotes da Hielscher proporcionam a mistura a alta velocidade de misturas uniformes sólido/líquido e líquido/líquido, satisfazendo os mais elevados requisitos de qualidade do produto.
Mistura ultrassónica por lotes a alta velocidade: intensificação do processo com forças de cisalhamento elevadas
- Dispersão rápida: Desaglomeração instantânea de materiais submicrométricos e nanométricos.
- Processamento versátil: Ideal para viscosidades elevadas, pastas e materiais abrasivos.
- Aumento de escala linear: Resultados totalmente reprodutíveis do laboratório à produção plena.
- Eficiência energética: Consumo de energia inferior ao das tecnologias concorrentes.
Mistura por lotes a alta velocidade com forças de cisalhamento elevadas geradas por ultrassons
A mistura ultrassónica de elevado cisalhamento por lotes representa um avanço significativo em relação às tecnologias convencionais, como os misturadores rotor-estator, os misturadores de jato e os sistemas UltraTurrax, proporcionando uma eficiência de processo e uma qualidade de produto superiores. Enquanto os métodos tradicionais se baseiam no cisalhamento mecânico, os misturadores ultrassónicos utilizam ondas sonoras de alta energia para induzir cavitação acústica, criando um ambiente único de micromistura definido por condições locais extremas. Este fenómeno gera ondas de choque e jatos de líquido de alta velocidade que atingem até 280 m/s, proporcionando a microagitação intensa necessária para a molhagem rápida de pós, a desaglomeração instantânea de partículas submicrométricas e nanopartículas e a criação de emulsões perfeitamente homogéneas.
Além destas vantagens de micromistura, os sistemas ultrassónicos são consideravelmente mais eficientes em termos energéticos, processam materiais abrasivos com facilidade e permitem uma limpeza rápida e sem danos (CIP/SIP), tornando-os a escolha ideal para aplicações industriais exigentes.
Cada mistura é única. Partilhe as propriedades dos seus materiais, o tamanho de partícula pretendido, a capacidade de processamento e os obstáculos atuais ao processamento. Os nossos engenheiros de aplicações analisarão os seus requisitos e recomendarão a configuração ideal do misturador ultrassónico de elevado cisalhamento por lotes para o seu processo específico.
Sonicador industrial UIP2000hdT integrado num reator por lotes de aço inoxidável
Quem deve utilizar a mistura ultrassónica de elevado cisalhamento por lotes?
A mistura ultrassónica de elevado cisalhamento por lotes é ideal para fabricantes, formuladores e equipas de I&D de setores em que a precisão, a consistência e a dispersão rápida são indispensáveis. É particularmente valiosa para empresas que processam materiais nanométricos e submicrométricos, pastas de elevada viscosidade, suspensões abrasivas ou formulações complexas sólido-líquido e líquido-líquido. Setores como a cosmética, a indústria farmacêutica, os materiais avançados, os alimentos e bebidas, as tintas e revestimentos, os produtos químicos especiais e a nanotecnologia recorrem a esta tecnologia para conseguir a molhagem instantânea de pós, emulsões uniformes e uma redução consistente do tamanho das partículas sem degradação térmica. Se o seu processo exige resultados reprodutíveis, um aumento de escala completamente linear do laboratório à produção e um consumo de energia inferior ao dos sistemas rotor-estator tradicionais, a mistura ultrassónica de elevado cisalhamento por lotes foi concebida para cumprir as suas especificações exatas.
Cavitação acústica – O princípio de funcionamento das forças de cisalhamento ultrassónicas e da mistura
Quando ondas ultrassónicas de alta energia são acopladas a líquidos e suspensões, ciclos alternados de alta pressão/baixa pressão (por exemplo, 20 000 ciclos por segundo a 20kHz) geram bolhas de vácuo ou cavidades no líquido. Estas bolhas crescem ao longo de vários ciclos até colapsarem violentamente, por não conseguirem absorver mais energia. Durante a implosão das bolhas, são geradas condições locais extremas: temperaturas até 5 000K, pressões até 2 000atm e jatos de líquido com velocidades até 280m/s. Este fenómeno denomina-se cavitação. A cavitação ultrassónica é aplicada com sucesso em diversas aplicações de mistura, moagem e trituração, por exemplo, para processar coloides, pós, fluidos, óleos, massas lubrificantes, resinas, resinas epóxi, pastas de pigmentos, tintas de impressão, tintas, silicones, cremes, géis, polímeros, uretanos e muitos outros materiais.
A mistura ultrassónica baseia-se na cavitação acústica e nas suas forças de cisalhamento hidrodinâmicas.
Porquê os ultrassons? – Para um controlo total do processo
A mistura ultrassónica permite controlar com precisão todos os parâmetros importantes do processo. Isto é crucial para obter resultados de processamento ideais e, simultaneamente, operar com a máxima eficiência.
- Amplitude ultrassónica:
- Pressão:
- Duração da sonicação:
- Temperatura:
- Viscosidade:
O deslocamento das áreas horizontais do sonotrodo (corneta/sonda ultrassónica) pode ser ajustado aos requisitos do processo através da regulação da potência do dispositivo ultrassónico, da seleção do sonotrodo e da utilização de uma corneta amplificadora.
A aplicação de pressão ao processo de sonicação intensifica o processo e é conhecida como manossonicação (MS). A cavitação ultrassónica sob pressões elevadas torna-se mais intensa e violenta. Por isso, a Hielscher disponibiliza reatores fechados por lotes que podem ser pressurizados.
Regra geral, quanto maior for a duração da sonicação, maior será o progresso do processo, por exemplo, na redução do tamanho, na dispersão, etc. – desde que seja aplicada intensidade suficiente para afetar o meio de processamento.
O processamento por ultrassons é uma técnica de processamento mecânica e não térmica. No entanto, devido à lei da termodinâmica, a energia acoplada à matéria acabará sempre por se transformar em calor. Contudo, a excecional eficiência energética dos sonicadores Hielscher garante que até 90% da energia proveniente da tomada elétrica é convertida em ondas ultrassónicas e acoplada ao meio de processamento.
A viscosidade do meio de processamento é um fator importante para o processamento ultrassónico. Em aplicações como a redução do tamanho das partículas, a moagem e a dispersão, a colisão entre partículas causada pelas ondas de choque da cavitação é um dos principais efeitos do processo que provoca a fragmentação das partículas; uma elevada carga de partículas é benéfica.
Processamento ultrassónico por lotes com o sonicador UP400S
Vamos desenvolver a sua solução de mistura ideal!
Para determinar as condições ideais do processo (= melhor resultado com o mínimo aporte de energia necessário), os parâmetros acima mencionados devem ser estabelecidos de acordo com o objetivo pretendido para o processo.
Os ensaios de viabilidade e a otimização do processo podem ser facilmente realizados à escala laboratorial e de bancada. Todos os resultados obtidos podem ser reproduzidos exatamente e ampliados de forma linear para a escala de produção. A Hielscher Ultrasonics oferece-lhe consultoria profissional e um laboratório de processos totalmente equipado, onde podemos otimizar o processo consigo ou por si!
A Hielscher é o seu especialista em soluções de processamento ultrassónico. Contacte-nos hoje; teremos todo o gosto em recomendar-lhe o equipamento adequado para responder às necessidades da sua aplicação!
Sistema ultrassónico industrial por lotes para a dispersão e moagem de corantes e pigmentos.
- dispersão altamente uniforme
- processamento fiável de materiais nanométricos
- processamento de materiais abrasivos
- viscosidades elevadas (pastas, cargas elevadas de partículas)
- poupança de tempo até 90%
- controlo total do processo
- aumento de escala completamente linear
- reprodutibilidade total
- adequado para formulações aquosas e solventes
Perguntas frequentes sobre a mistura ultrassónica de elevado cisalhamento por lotes
Quais são as principais aplicações dos misturadores ultrassónicos por lotes a alta velocidade?
Os misturadores ultrassónicos por lotes a alta velocidade são ferramentas versáteis utilizadas para molhagem, hidratação, homogeneização, moagem, dispersão, emulsificação e dissolução. São particularmente eficazes na incorporação de sólidos, na preparação de dispersões homogéneas, na desaglomeração, na redução do tamanho das partículas e na mistura rápida de misturas sólido/líquido e líquido/líquido.
Como funciona a cavitação ultrassónica na mistura por lotes?
A cavitação ultrassónica envolve o acoplamento de ondas ultrassónicas de alta energia a líquidos, criando ciclos alternados de alta e baixa pressão. Isto gera bolhas de vácuo que crescem e colapsam violentamente, produzindo condições locais extremas, como temperaturas até 5 000K, pressões até 2 000 atm e jatos de líquido que atingem 280 m/s. Estas forças intensas facilitam uma mistura, moagem e trituração eficazes.
Quais são as principais vantagens dos misturadores ultrassónicos por lotes da Hielscher?
As principais vantagens incluem uma dispersão altamente uniforme, a capacidade de processar nanopartículas e a capacidade de processar materiais abrasivos e materiais de elevada viscosidade (como pastas e cargas elevadas de partículas). Além disso, estes misturadores proporcionam uma poupança de tempo até 90%, controlo total do processo, aumento de escala completamente linear e reprodutibilidade total.
Que tipos de materiais podem ser processados com misturadores ultrassónicos por lotes?
A cavitação ultrassónica é aplicada com sucesso para processar uma ampla variedade de substâncias, incluindo coloides, pós, fluidos, óleos, massas lubrificantes, resinas, resinas epóxi, pastas de pigmentos, tintas de impressão, tintas, silicones, cremes, géis, polímeros e uretanos.
Como se consegue o controlo do processo durante a mistura ultrassónica por lotes?
O controlo do processo é conseguido através do ajuste preciso de parâmetros como a amplitude, a pressão (manossonicação), a duração da sonicação, a temperatura e a viscosidade. Os sonicadores da Hielscher são altamente eficientes em termos energéticos, convertendo aproximadamente 95% da energia em ondas ultrassónicas para garantir resultados ideais com um aporte mínimo de energia.
É possível aumentar a escala dos processos de mistura ultrassónica por lotes do laboratório para a produção industrial?
Sim, a Hielscher oferece controlo total do processo e um aumento de escala completamente linear. Isto permite reproduzir exatamente os resultados obtidos à escala laboratorial e de bancada e ampliá-los para a escala de produção. Além disso, com a sonicação, a transição do processamento por lotes para o processamento em linha pode ser realizada de forma simples e fiável.
Bibliografia / Referências
- Han N.S., Basri M., Abd Rahman M.B. Abd Rahman R.N., Salleh A.B., Ismail Z. (2012): Preparation of emulsions by rotor-stator homogenizer and ultrasonic cavitation for the cosmeceutical industry. Journal of Cosmetic Science Sep-Oct; 63(5), 2012. 333-44.
- Badgujar, N.P.; Bhoge, Y.E.; Deshpande, T.D.; Bhanvase, B.A.; Gogate, P.R.; Sonawane, S.H.; Kulkarni, R.D. (2015): Ultrasound assisted organic pigment dispersion: advantages of ultrasound method over conventional method. Pigment ; Resin Technology, Vol. 44 No. 4, 2015. 214-223.
- Marija Ćosić, Antonija Čelan, Ivana Crnogorac, Ante Bilušić (2025): The effects of impeller diameter in sonicated and silent systems on crystallisation of borax decahydrate. Chemical Engineering Research and Design, Volume 223, 2025. 706-716.