Explicación sobre los antiespumantes líquidos: cómo controlan la espuma en aplicaciones industriales

Puntos clave

Entender cómo funcionan los antiespumantes líquidos puede evitar que tus operaciones industriales sufran costosos daños en los equipos y pérdidas de producción causadas por la acumulación descontrolada de espuma.

• Los antiespumantes líquidos utilizan tres componentes que actúan de manera conjunta: materiales hidrofóbicos (como la sílice o las ceras), vehículos portadores (aceites o agua) y una cantidad mínima de emulsionantes para que se dispersen rápidamente y desestabilicen la espuma en la interfaz aire-líquido.

• Existen cuatro tipos principales de antiespumantes que satisfacen diferentes necesidades: a base de aceite para el control de la espuma en la superficie, a base de agua para la liberación del aire arrastrado, a base de silicona para un rendimiento de doble función y copolímeros de EO/PO para aplicaciones que dependen de la temperatura.

• El control de la espuma se lleva a cabo mediante tres mecanismos: desestabilizar las láminas de espuma al desplazar los tensioactivos, romper las burbujas mediante la formación de puentes y el deshumectamiento, y promover la coalescencia de las burbujas para liberar rápidamente el aire atrapado.

• La selección adecuada de un antiespumante evita fallas en el equipo: En los equipos de extracción, la espuma puede reducir la capacidad del tanque en 33% y provocar la corrosión del motor de vacío, mientras que en el trabajo con metales, inhibe las funciones de enfriamiento y lubricación.

• La dosis varía según la aplicación: Las concentraciones típicas oscilan entre 0,1 y 0,31 TP3T en pinturas de látex, entre 10 y 30 ppm en la separación de petróleo y gas, y entre 10 y 200 ppm en el tratamiento de aguas residuales, dependiendo de la intensidad de la espuma y las condiciones del proceso.

El antiespumante líquido adecuado, adaptado a tu proceso industrial específico, protege la vida útil de los equipos, mantiene la eficiencia operativa y elimina los cuellos de botella en la producción causados por problemas relacionados con la espuma.

La acumulación de espuma puede dañar tu equipo. La espuma rica en detergente, mezclada con suciedad y pelusa, es aspirada por los motores de las aspiradoras y obstruye los conductos de aire, corroe las piezas internas y reduce la potencia de succión. Un antiespumante líquido es un aditivo químico que reduce y previene la formación de espuma en los líquidos de procesos industriales. Los procesos industriales enfrentan graves problemas debido a las espumas, que generan defectos en los recubrimientos superficiales e impiden el llenado eficiente de los contenedores. Estos problemas se observan con mayor frecuencia en los tanques de recuperación de las máquinas de extracción y las fregadoras automáticas, donde el control de la espuma se vuelve fundamental. Entre los agentes antiespumantes más comunes se encuentran los aceites insolubles, los compuestos antiespumantes a base de silicona como los polidimetilsiloxanos y ciertos alcoholes. En este artículo, exploraremos cómo funcionan los antiespumantes líquidos, sus diversos tipos y sus aplicaciones en operaciones industriales.

Qué son los antiespumantes líquidos y cuáles son sus propiedades principales

Un antiespumante líquido está compuesto por tres componentes distintos que actúan en conjunto para controlar la espuma. El ingrediente principal es un material hidrofóbico que actúa como elemento activo. Entre los materiales hidrofóbicos se incluyen la sílice tratada, las ceras (sintéticas o naturales) y las siliconas o sus derivados. Estos materiales hidrofóbicos pueden utilizarse solos o combinados para mejorar el rendimiento.

El segundo componente es un vehículo de transporte que transfiere los agentes activos hidrofóbicos al sistema hidrofílico que retiene el aire. Los vehículos portadores incluyen aceites minerales, aceites vegetales y aceites de silicona. El fluido portador suele tener una tensión superficial menor que la del líquido espumante. La estabilidad a largo plazo del vehículo portador en el líquido original determina la eficacia del control de la espuma en productos con una vida útil prolongada.

El tercer componente, un emulsionante, permitirá una distribución óptima del componente hidrofóbico en el vehículo, al tiempo que facilitará la dispersión del agente antiespumante por todo el líquido. Entre los emulsionantes utilizados se encuentran los alquilfenoles etoxilados y los ésteres de sorbitán. Minimizamos la cantidad de emulsionante, ya que estos compuestos pueden contribuir por sí mismos a la formación de espuma.

Composición química y actividad superficial

Los agentes antiespumantes funcionan mejor cuando disminuyen las tensiones superficiales o interfaciales. Un antiespumante a base de silicona contiene componentes tensioactivos que reducen la tensión superficial del líquido hasta tal punto que las burbujas de aire de la espuma se colapsan. Esta reducción de la tensión superficial permite que el antiespumante se extienda más rápidamente por la interfaz de la espuma.

Requisitos de viscosidad para una aplicación rápida

La baja viscosidad favorece la penetración y la dispersión. El antiespumante líquido debe tener un coeficiente de dispersión rápido para que se distribuya por todo el medio. Sin esta característica de baja viscosidad, el antiespumante no puede llegar a la interfaz aire-líquido, donde se produce la estabilización de la espuma, con la rapidez suficiente.

Insolubilidad en un medio espumante

El antiespumante debe ser insoluble en el medio que produce la espuma. La fase líquida de un antiespumante debe presentar un grado de incompatibilidad o insolubilidad con el medio en el que se introduce. Esta incompatibilidad permite que el antiespumante forme gotitas que suben a la superficie y se dispersan bien, reventando las burbujas sin contribuir a la formación de más espuma.

Tipos de antiespumantes líquidos

Los formuladores eligen entre cuatro categorías principales de antiespumantes líquidos según el sistema portador y la composición química activa que requieran las condiciones específicas del proceso.

Antiespumantes a base de aceite con portadores de aceite mineral o vegetal

Las formulaciones a base de aceite utilizan aceite mineral, aceite vegetal o aceite blanco como vehículo portador. Estos compuestos incluyen cera o sílice hidrofóbica para mejorar el rendimiento. Las variantes de aceite mineral ofrecen una excelente supresión de espuma en sistemas a base de agua. Las alternativas a base de aceite vegetal ofrecen un contenido activo de 100% con eficacia en concentraciones de 0,1 a 0,3% p/p en sistemas de pintura de látex. Las formulaciones a base de aceite vegetal eliminan los riesgos de contaminación por silicona que causan cráteres, ojos de pez y fallas de adhesión entre capas en sistemas acrílicos y de acetato de vinilo. Estos antiespumantes se destacan por eliminar la espuma superficial.

Antiespumantes a base de agua para la liberación de aire arrastrado

Las formulaciones a base de agua dispersan diversos aceites y ceras en un vehículo acuoso. Los aceites pueden ser de origen mineral o vegetal, y las ceras consisten en alcoholes grasos de cadena larga, jabones de ácidos grasos o ésteres. Los antiespumantes a base de agua funcionan como desaireadores y liberan el aire arrastrado de los líquidos de proceso, a diferencia de las variantes a base de aceite. Esta especialización los hace ideales para aplicaciones en las que la eliminación del aire subsuperficial es más importante que el control de la espuma superficial.

Compuestos antiespumantes a base de silicona

Las formulaciones de silicona contienen polímeros con esqueletos de silicio, que se presentan en forma de aceites o emulsiones a base de agua. Una emulsión antiespumante de silicona típica consiste en polidimetilsiloxano 30% en agua con componentes inorgánicos modificados. Estos compuestos dispersan sílice hidrofóbica en aceite de silicona. Las variantes de silicona cumplen una doble función: eliminan la espuma superficial y liberan el aire atrapado. Son adecuadas para sistemas de formación de espuma no acuosos, como los que se utilizan en operaciones de petróleo crudo y refinería.

Antiespumantes de copolímero EO/PO

Los copolímeros en bloque de óxido de etileno y óxido de propileno funcionan mediante un mecanismo de solubilidad inversa. Estos tensioactivos no iónicos permanecen solubles en agua a bajas temperaturas, pero se precipitan y se distribuyen en la interfaz de la espuma cuando la temperatura del proceso supera su punto de enturbiamiento. La acción antiespumante depende de la relación entre el punto de enturbiamiento del tensioactivo y la temperatura de aplicación. Los formuladores deben seleccionar copolímeros en bloque cuyo punto de enturbiamiento sea inferior a la temperatura de uso prevista. Estos agentes activos 100%, libres de silicona, ofrecen inercia biológica. Esto los hace seguros para su uso en sistemas de fermentación.

Cómo controlan los antiespumantes líquidos la formación de espuma

“modo de propagación debido a que la película de la burbuja rota es absorbida por la película de líquido circundante” — Rei Kurita, Profesor asociado, Universidad Metropolitana de Tokio

Hay tres mecanismos que controlan la formación de espuma tras agregar un antiespumante líquido a los líquidos de proceso. Estos mecanismos actúan en conjunto para eliminar la espuma superficial y las burbujas de aire atrapadas.

Desestabilización de las láminas de espuma en la interfaz aire-líquido

La acción de extensión genera un impacto mecánico en la superficie de la espuma y desestabiliza su estructura. El antiespumante se extiende por la superficie de la espuma más rápidamente, penetra en las lamelas y rompe la cohesión de la espuma. El componente hidrofóbico desplaza a los tensioactivos estabilizadores en la interfaz aire-líquido. Esta afinidad por la superficie aire-líquido rompe las burbujas de aire y desintegra la espuma superficial.

Ruptura de burbujas de aire mediante extensión superficial

El antiespumante penetra en la pared de la burbuja y rompe la estructura de la película mediante un mecanismo de puenteo. Las gotitas antiespumantes, que tienen baja tensión superficial, se extienden a lo largo de la lamela y forman puentes inestables. Una partícula hidrofóbica o una gotita de aceite con un ángulo de contacto superior a 90° provoca el deshumectamiento al entrar en contacto con ambos lados de una lamela. El líquido en contacto con la partícula se curva hacia adentro hasta que ambos lados de la película se tocan y se rompen. La lamela se vacía a medida que se forma el puente y llega a un punto crítico en el que se rompe y libera el aire atrapado.

Aglomeración y ascenso de las burbujas de aire arrastradas

Las burbujas de aire arrastradas se aglomeran y forman burbujas más grandes que suben a la superficie más rápido. Varias burbujas pequeñas se fusionan y se escapan de la mezcla mediante la coalescencia. El antiespumante reduce los gradientes de tensión superficial. Las películas de burbujas se adelgazan y se rompen en puntos específicos, liberando el gas interno. Este proceso de coalescencia elimina las grandes burbujas de aire arrastradas con métodos de mezcla adecuados.

Aplicaciones industriales y resolución de problemas

“Nuestras tecnologías de sílice permiten reducir el contenido de aceite y lograr una dosificación más económica, gracias a sus potentes efectos potenciadores que aceleran la disolución de la espuma y mejoran la eficiencia de la formulación”. — Evonik, Empresa líder en productos químicos especializados

Las empresas industriales se enfrentan a pérdidas de producción relacionadas con la espuma en múltiples sectores. Cada uno de ellos requiere soluciones específicas de antiespumantes líquidos que se adapten a las condiciones específicas de cada proceso.

Control de la espuma en el tanque de recuperación de los equipos de extracción

La espuma en los tanques de recuperación de los extractores de alfombras hace que el mecanismo de flotador se cierre demasiado pronto y reduce la capacidad del tanque hasta en 33%. El funcionamiento del flotador falla cuando la espuma lo impide, y la solución sucia es aspirada hacia el motor de vacío. Esto provoca corrosión y fallas prematuras. Agregamos un antiespumante diluido a través de la manguera de recuperación para tratar todo el sistema de succión y, luego, mantenemos una concentración de 0.5 a 1.0 onzas por galón de capacidad del tanque.

Control de la espuma en líquidos de refrigeración y de proceso

La espuma en los líquidos de refrigeración para metalurgia inhibe las funciones de lubricación y enfriamiento. Además, aumenta el volumen del sistema. Una onza de antiespumante concentrado trata 50 galones de líquido de refrigeración diluido. Las operaciones CNC de alta presión, por encima de los 800 psi, requieren formulaciones especializadas de baja formación de espuma.

Fábrica de papel y procesamiento de pulpa de madera

Las emulsiones de silicona se mantienen activas a altas temperaturas y en condiciones alcalinas. Estas condiciones se dan en las etapas de lavado de la pulpa, evaporación y blanqueo. Estas formulaciones eliminan el aire arrastrado y reducen la tensión superficial en los líquidos de proceso. El lavado de la pulpa marrón con compuestos organosilícicos modificados reduce el arrastre de químicos y los costos de blanqueo.

Operaciones de procesamiento de alimentos y refinación de petróleo

Los antiespumantes de grado alimenticio controlan la espuma en la elaboración de cerveza, el procesamiento de jugos y las operaciones lecheras, al tiempo que cumplen con las regulaciones de la FDA. Los antiespumantes de silicona eliminan la espuma con una dosis de 10 a 30 ppm en la separación de aceite y gas, y evitan el arrastre de líquido.

Tratamiento de aguas residuales y sistemas hidráulicos

Los antiespumantes para aguas residuales se dosifican a una concentración de 10 a 200 ppm, dependiendo de la intensidad de la espuma. Los antiespumantes hidráulicos previenen el daño por cavitación y mantienen la eficiencia del sistema y la vida útil de los componentes.

Conclusión

Hemos visto cómo los antiespumantes líquidos controlan la espuma a través de tres mecanismos principales: desestabilizando las láminas de espuma, rompiendo las burbujas de aire y promoviendo la coalescencia de las burbujas. Los requisitos específicos del proceso determinan si elegimos formulaciones a base de aceite, a base de agua, de silicona o de copolímeros de EO/PO. Estos compuestos protegen el equipo crítico en sistemas de extracción, operaciones de metalurgia, fábricas de papel e instalaciones de tratamiento de aguas residuales. La selección y dosificación adecuadas del antiespumante evitan daños al equipo que pueden resultar costosos. Además, mejoran el rendimiento del proceso y eliminan las pérdidas de producción que causa la espuma no controlada.