homogeneizadores ultrasónicos
Los homogeneizadores ultrasónicos son potentes herramientas para mezclar y homogeneizar suspensiones sólido-líquido y líquido-líquido. La homogeneización por ultrasonidos es un proceso mecánico para reducir las partículas de un líquido de modo que se vuelvan uniformemente pequeñas y se distribuyan uniformemente. Hielscher ofrece potentes homogeneizadores ultrasónicos para su aplicación a escala de laboratorio y de producción.
Aplicaciones e impacto de los homogeneizadores ultrasónicos
Los homogeneizadores ultrasónicos son mezcladores potentes y fiables que se utilizan en el laboratorio y en la industria para numerosas aplicaciones.
Un homogeneizador ultrasónico puede utilizarse para diversas aplicaciones, entre ellas:
- Homogeneización: Los homogeneizadores ultrasónicos pueden homogeneizar muestras para crear mezclas uniformes y consistentes.
- Dispersión: Los homogeneizadores ultrasónicos pueden utilizarse para dispersar partículas sólidas en líquidos y crear suspensiones estables. La ultrasonicación es extraordinariamente eficaz para crear nano-dispersiones.
- Emulsificación: Los homogeneizadores ultrasónicos pueden utilizarse para crear emulsiones y nanoemulsiones estables rompiendo y dispersando líquidos inmiscibles, como aceite y agua.
- Disrupción celular: Los homogeneizadores ultrasónicos pueden romper las células para extraer componentes intracelulares como proteínas, ácidos nucleicos, enzimas y metabolitos.
- Desgasificación: Los homogeneizadores ultrasónicos pueden utilizarse para eliminar gases disueltos en líquidos, como la desgasificación de disolventes HPLC o fluidos refrigerantes.
- Reacciones químicas asistidas por ultrasonidos: Los homogeneizadores ultrasónicos también pueden utilizarse para reacciones químicas asistidas por sonicación, como la síntesis, la catálisis o la degradación sonoquímicas.
En general, los homogeneizadores ultrasónicos son una herramienta versátil que puede utilizarse para una amplia gama de aplicaciones en investigación, desarrollo y procesos industriales.
Homogeneizador ultrasónico UIP1000hdT para R&D y producción
Ultrasonidos de potencia para la reducción del tamaño de partículas: Cuando se utilizan homogeneizadores ultrasónicos para aplicaciones como mezclar, dispersar y emulsionar, el objetivo es reducir pequeñas partículas o gotitas en un líquido o lodo para mejorar la uniformidad y estabilidad de la mezcla. Estas partículas (fase dispersa) pueden ser sólidas o líquidas. Una reducción del diámetro medio de las partículas aumenta el número de partículas individuales. Esto conduce a una reducción de la distancia media de las partículas y aumenta su superficie. El gráfico muestra la correlación entre el diámetro de las partículas individuales y la superficie total. La superficie y la distancia media entre partículas pueden influir en la reología de un líquido.
Si existe una diferencia en la gravedad específica entre las partículas y el líquido, la homogeneidad de la mezcla puede influir en la estabilidad de la dispersión. Si el tamaño de partícula es similar para la mayoría de partículas, la tendencia a aglomerarse durante su sedimentación o su ascenso a la superficie se reduce, ya que las partículas similares tienen una velocidad similar de flotación o sedimentación.
Las dispersiones ultrasónicas muestran una distribución granulométrica uniforme con partículas homogéneamente reducidas. Las curvas muestran la distribución de partículas de sílice antes del ultrasonido (curva verde) y después de la dispersión ultrasónica (curva roja).
Homogeneizadores ultrasónicos frente a homogeneizadores de alta presión
El mecanismo más común de homogeneización es la homogeneización a alta presión. En ella, el líquido se presiona a alta presión (aprox. 2000 barg) a través de una válvula de homogeneización. Al pasar por la válvula, el líquido se somete a un ciclo corto (aprox. 50 microseg.) de alta presión y baja presión.
Aunque este mecanismo funciona bien para partículas pequeñas y blandas, como los glóbulos de grasa de la leche, tiene sus limitaciones cuando se utiliza para dispersiones de materiales duros y abrasivos, como pigmentos, líquidos de pulido u óxidos metálicos, fibras o materiales fibrosos, como purés de frutas, algas o lodos. Esto se debe a las altas velocidades a que se somete el líquido (hasta 120m/s) y a los pequeños orificios de las válvulas utilizadas. A medida que el material abrasivo circula por la bomba y pasa por orificio de la válvula, provoca su desgaste, reduciendo la eficiencia y la vida útil de la bomba y la válvula.
Ventajas de los homogeneizadores ultrasónicos
- Los homogeneizadores ultrasónicos producen partículas / gotas pequeñas y una curva de distribución estrecha.
- Los homogeneizadores ultrasónicos pueden manejar altas concentraciones de sólidos.
- Los homogeneizadores ultrasónicos preparan estable suspensiones, dispersiones y emulsiones.
- Los homogeneizadores ultrasónicos se pueden controlar con precisión, ya que es posible influir y ajustar los parámetros importantes del proceso (por ejemplo, amplitud, potencia, tiempo, temperatura y presión).
- Los homogeneizadores ultrasónicos son muy eficaces, energéticamente eficientes, fáciles de usar y seguros de manejar.
Homogeneizadores ultrasónicos para aplicaciones pesadas
La molienda en húmedo, la trituración y la mezcla son aplicaciones típicas en las que los ultrasonidos se utilizan como homogeneizadores fiables. Los homogeneizadores ultrasónicos son muy eficaces para la reducción de partículas blandas y duras. A diferencia de muchas otras tecnologías de homogeneización, los homogeneizadores ultrasónicos tipo sonda pueden tratar incluso materiales muy duros, abrasivos y fibrosos.
El principio de funcionamiento de la homogeneización por ultrasonidos se basa en la cavitación. Cuando los líquidos se exponen a ultrasonidos intensos, las ondas sonoras se propagan a través del líquido provocando ciclos alternos de alta y baja presión (aprox. 20000 ciclos/seg.). Durante el ciclo de baja presión, se crean pequeñas burbujas de vacío de alta intensidad en el líquido, a medida que se alcanza la presión de vapor del líquido.
Cuando las burbujas alcanzan un cierto tamaño, colapsan violentamente en un ciclo de alta presión. A causa de esta implosión, se generan localmente presiones muy elevadas y chorros de líquido a alta velocidad. Las corrientes y turbulencias resultantes rompen los aglomerados de partículas y originan violentas colisiones entre las partículas.
Una ventaja importante de los homogeneizadores ultrasónicos radica en el reducido número de partes sumergidas y móviles, lo que reduce el desgaste por fricción y el tiempo de limpieza. Sólo hay dos componentes en contacto con el líquido: el sonotrodo y el reactor de flujo. Ambos presentan geometrías simples y no tienen orificios pequeños u ocultos.
Otra ventaja es el control exacto de los parámetros operativos que influyen en la cavitación. Los homogeneizadores ultrasónicos Hielscher pueden utilizarse con amplitudes de oscilación de 1 a 200 micras aproximadamente. La presión del líquido puede oscilar entre 0 y aprox. 500 psig. Dado que la amplitud y la presión son los parámetros más influyentes, la amplia gama operativa de cada parámetro permite un procesamiento desde muy suave hasta muy destructivo.
Los homogeneizadores ultrasónicos Hielscher están controlados por amplitud. De este modo, la amplitud ajustada se mantiene en todas las condiciones de funcionamiento. Esto hace que la ultrasonicación sea controlable y repetible. La sonicación bajo parámetros operativos idénticos producirá resultados consistentes y reproducibles. Esto es importante para la calidad del material producido y para la ampliación de los resultados del proceso del laboratorio al nivel de producción.
Homogeneizadores ultrasónicos para cualquier escala
Hielscher fabrica homogeneizadores ultrasónicos para la homogeneización de cualquier volumen de muestra para procesamiento por lotes o en línea. Los homogeneizadores ultrasónicos de laboratorio pueden utilizarse para volúmenes desde 1,5 ml hasta aproximadamente 5 litros. Los homogeneizadores ultrasónicos industriales se utilizan para el desarrollo de procesos y la producción de lotes de 0,5 a aprox. 2000L o caudales de 0,1L a 20m³ por hora.
Diseño, fabricación y consultoría – Calidad Made in Germany
Los ultrasonidos de Hielscher son conocidos por sus elevados estándares de calidad y diseño. Su robustez y fácil manejo permiten una integración sin problemas de nuestros ultrasonidos en las instalaciones industriales. Los ultrasonidos de Hielscher soportan sin problemas las condiciones más duras y los entornos más exigentes.
Hielscher Ultrasonics es una empresa con certificación ISO y pone especial énfasis en los ultrasonidos de alto rendimiento con tecnología punta y facilidad de uso. Por supuesto, los ultrasonidos de Hielscher cumplen la normativa CE y los requisitos de UL, CSA y RoHs.
| Volumen del lote | Tasa de flujo | Dispositivos recomendados |
|---|---|---|
| 0,5 a 1,5 mL | n.a. | VialTweeter |
| 1 a 500 mL | 10 a 200 mL/min. | UP100H |
| 10 a 2000 mL | 20 a 400 mL/min. | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 a 20 L | 0,2 a 4 L/min | UIP2000hdT |
| 10 a 100 L | 2 a 10 L/min | UIP4000hdT |
| 15 a 150L | De 3 a 15 l/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 a 100 L/min | UIP16000 |
| n.a. | mayor | Grupo de UIP16000 |
Homogeneizadores ultrasónicos para aplicaciones de alto rendimiento
Los homogeneizadores ultrasónicos Hielscher son el caballo de batalla para la mezcla y la homogeneización. Los homogeneizadores ultrasónicos de laboratorio son compactos y una herramienta fiable para la dispersión y emulsión eficaz y rápida de muestras pequeñas y medianas. Los homogeneizadores ultrasónicos industriales de Hielscher son eficaces y superan a las técnicas de homogeneización tradicionales, como los homogeneizadores de alta presión o los molinos de bolas. Los homogeneizadores industriales de Hielscher pueden proporcionar amplitudes muy elevadas y, por lo tanto, son excepcionalmente potentes cuando se trata de procesos de mezcla, dispersión y molienda. Amplitudes de hasta 200µm pueden funcionar sin problemas de forma continua en funcionamiento 24/7. Para amplitudes aún mayores, se dispone de sonotrodos ultrasónicos personalizados. La robustez de los equipos de ultrasonidos de Hielscher permite un funcionamiento ininterrumpido en entornos exigentes.
Nuestros clientes están satisfechos con la extraordinaria robustez y fiabilidad de Hielscher Ultrasonics’ homogeneizadores. La instalación en campos de aplicación pesados, entornos exigentes y un funcionamiento ininterrumpido garantizan un procesamiento eficaz y económico. La intensificación del proceso por ultrasonidos reduce el tiempo de procesamiento y consigue mejores resultados, es decir, mayor calidad, mayor rendimiento y productos innovadores.
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Homogeneizadores ultrasónicos para tejidos
Además de la preparación de dispersiones y emulsiones, los homogeneizadores ultrasónicos están firmemente establecidos en biotecnología, biología celular y molecular y ciencias de la vida para la lisis y el fraccionamiento celular, la disrupción tisular, la extracción de compuestos intracelulares y el cizallamiento de ADN, ARN y cromatina. Los homogeneizadores ultrasónicos están disponibles para la preparación de muestras de volúmenes minúsculos (0,1 ml) hasta volúmenes muy grandes para procesos industriales (por ejemplo, extracción de compuestos bioactivos para la fabricación de suplementos).
Para alterar el tejido con un homogeneizador ultrasónico, se utiliza una solución tampón isotónica para detener el daño osmótico. Los homogeneizadores ultrasónicos de Hielscher vienen con un sensor de temperatura y un ajuste de control de temperatura, que permiten mantener las muestras en un rango de temperatura bien controlado.
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Literatura / Referencias
- Seyed Mohammad Mohsen Modarres-Gheisari, Roghayeh Gavagsaz-Ghoachani, Massoud Malaki, Pedram Safarpour, Majid Zandi (2019): Ultrasonic nano-emulsification – A review. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 52, 2019. 88-105.
- Alex Patist, Darren Bates (2008): Ultrasonic innovations in the food industry: From the laboratory to commercial production. Innovative Food Science & Emerging Technologies, Volume 9, Issue 2, 2008. 147-154.
- Brad W. Zeiger; Kenneth S. Suslick (2011): Sonofragmentation of Molecular Crystals. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 37, 14530–14533.
- Suslick, Kenneth S.; Hyeon, Taeghwan; Fang, Mingming; Cichowlas, Andrzej A. (1995): Sonochemical synthesis of nanostructured catalysts. Materials Science and Engineering: A. Proceedings of the Symposium on Engineering of Nanostructured Materials. ScienceDirect 204 (1–2): 186–192.
- Adam K. Budniak, Niall A. Killilea, Szymon J. Zelewski, Mykhailo Sytnyk, Yaron Kauffmann, Yaron Amouyal, Robert Kudrawiec, Wolfgang Heiss, Efrat Lifshitz (2020): Exfoliated CrPS4 with Promising Photoconductivity. Small Vol.16, Issue1. January 9, 2020.
7 homogeneizadores ultrasónicos UIP1000hdT (7x 1kW de potencia ultrasónica) instalados como clúster
Información interesante
Aplicaciones de los homogeneizadores ultrasónicos de sonda
El campo de aplicaciones en el que se emplean con éxito los homogeneizadores de sonda ultrasónica abarca múltiples procesos de diversas industrias. Las aplicaciones más destacadas de los ultrasonicadores incluyen la preparación de suspensiones, dispersiones y emulsiones, la molienda en húmedo de micropartículas y nanopartículas, la disolución de polvos y comprimidos, la producción de extractos de productos botánicos, la lisis celular, la extracción y posterior cizallamiento de ADN ARN y cromatina, extracción de proteínas, encapsulación de API en liposomas y reacciones sonoquímicas, en las que se utilizan potentes ondas ultrasónicas para iniciar y acelerar recciones (sono-catálisis, sono-síntesis), aumentar la transferencia de masa y cambiar las vías de reacción.
Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrasónicos de alto rendimiento de laboratorio a tamaño industrial.