Explicación del antiespumante líquido: cómo controla la espuma en aplicaciones industriales

Principales conclusiones

Comprender cómo funcionan los antiespumantes líquidos puede evitar que sus operaciones industriales sufran costosos daños en los equipos y pérdidas de producción provocadas por la acumulación incontrolada de espuma.

- Los antiespumantes líquidos utilizan tres componentes que actúan de forma conjunta: materiales hidrofóbicos (como la sílice o las ceras), vehículos portadores (aceites o agua) y una cantidad mínima de emulsionantes para que se extiendan 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 superficial, 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 dependientes de la temperatura.

- El control de la espuma se lleva a cabo mediante tres mecanismos: desestabilizar las láminas de espuma mediante el desplazamiento de los tensioactivos, romper las burbujas mediante la formación de puentes y el deshumectado, y favorecer la coalescencia de las burbujas para liberar rápidamente el aire atrapado.

- La elección adecuada de un antiespumante evita averías en los equipos: En los equipos de extracción, la espuma puede reducir la capacidad del depósito en 33% y provocar la corrosión del motor de vacío, mientras que en el sector metalúrgico impide que se desarrollen las funciones de refrigeración y lubricación.

- La dosis varía según la aplicación: Las concentraciones habituales 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 de las condiciones del proceso.

El antiespumante líquido adecuado, adaptado a su 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 pelusas, 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 los procesos industriales. Los procesos industriales se enfrentan a graves problemas derivados de la espuma, que provoca defectos en los recubrimientos superficiales e impide el llenado eficiente de los recipientes. Estos problemas se observan con mayor frecuencia en los depósitos de recuperación de las máquinas de extracción y las fregadoras automáticas, donde el control de la espuma resulta 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, analizaremos cómo funcionan los antiespumantes líquidos, sus distintos tipos y sus aplicaciones en las operaciones industriales.

Qué son los antiespumantes líquidos y cuáles son sus propiedades fundamentales

Un antiespumante líquido está compuesto por tres componentes distintos que actúan conjuntamente 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. Entre los vehículos portadores se incluyen los aceites minerales, los aceites vegetales y los aceites de silicona. El fluido portador suele tener una tensión superficial inferior a 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. Reducimos al mínimo 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 extienda 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 espumante. La fase líquida de un antiespumante debe presentar un cierto grado de incompatibilidad o insolubilidad con el medio en el que se introduce. Esta incompatibilidad hace que el antiespumante sea capaz de formar gotitas que ascienden a la superficie y se extienden 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 en función del sistema portador y de 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 la espuma en sistemas a base de agua. Las alternativas a base de aceite vegetal ofrecen un contenido activo de 100% con una eficacia de entre 0,1 y 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 provocan cráteres, ojos de pez y fallos de adhesión entre capas en sistemas acrílicos y de acetato de vinilo. Estos antiespumantes destacan por su capacidad para 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 están compuestas por alcoholes grasos de cadena larga, jabones de ácidos grasos o ésteres. Los antiespumantes a base de agua actúan 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 subyacente es más importante que el control de la espuma superficial.

Compuestos antiespumantes a base de silicona

Las formulaciones de silicona contienen polímeros con cadenas principales de silicio, que se presentan en forma de aceites o emulsiones acuosas. Una emulsión antiespumante de silicona típica está compuesta por polidimetilsiloxano 30% en agua con componentes inorgánicos modificados. Estos compuestos dispersan la sílice hidrofóbica en aceite de silicona. Las variantes de silicona desempeñan una doble función: eliminan la espuma superficial y liberan el aire atrapado. Son adecuadas para sistemas de formación de espuma no acuosos, como los relacionados con el petróleo crudo y las operaciones de refino.

Antiespumantes de copolímero EO/PO

Los copolímeros en bloque de óxido de etileno y óxido de propileno actúan mediante un mecanismo de solubilidad inversa. Estos tensioactivos no iónicos siguen siendo 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 hace que su uso sea seguro 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 de la Universidad Metropolitana de Tokio

Hay tres mecanismos que regulan la formación de espuma tras añadir un antiespumante líquido a los líquidos de proceso. Estos mecanismos actúan conjuntamente para eliminar la espuma superficial y las burbujas de aire arrastradas.

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

La acción de extensión provoca 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.

Rotura de burbujas de aire por 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, con baja tensión superficial, se extienden a lo largo de la lamela y forman puentes inestables. Una partícula hidrofóbica o una gota de aceite con un ángulo de contacto superior a 90° provoca el deshumectado al entrar en contacto con ambos lados de una lamela. El líquido en contacto con la partícula se curva hacia dentro hasta que ambos lados de la película se tocan y se rompen. La lamela se vacía a medida que se forma el puente y alcanza 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 ascienden a la superficie más rápidamente. Múltiples 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 mediante métodos de mezcla adecuados.

Aplicaciones industriales y resolución de problemas

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

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

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

La espuma en los depósitos de recuperación de las máquinas de limpieza de alfombras hace que el mecanismo de flotador se cierre demasiado pronto y reduce la capacidad del depósito 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 averías prematuras. Añadimos un antiespumante diluido a través de la manguera de recuperación para tratar todo el sistema de aspiración y, a continuación, mantenemos una concentración de entre 0,5 y 1,0 onzas por galón de capacidad del depósito.

Gestión de la espuma en los líquidos de refrigeración y de proceso

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

Fábrica de papel y procesamiento de pasta de madera

Las emulsiones de silicona mantienen su actividad a altas temperaturas y en condiciones alcalinas. Estas condiciones se dan en las fases de lavado de la pasta, evaporación y blanqueo. Estas formulaciones eliminan el aire arrastrado y reducen la tensión superficial en los licores de proceso. El lavado de la pasta marrón con compuestos organosilícicos modificados reduce la arrastre de productos químicos y los costes de blanqueo.

Operaciones de transformación de alimentos y refinado de aceite

Los antiespumantes de grado alimentario controlan la formación de espuma en la elaboración de cerveza, el procesamiento de zumos y las operaciones lácteas, al tiempo que cumplen con la normativa de la FDA. Los antiespumantes de silicona eliminan la espuma con una dosis de entre 10 y 30 ppm en la separación de petróleo 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 entre 10 y 200 ppm, dependiendo de la intensidad de la espuma. Los antiespumantes hidráulicos evitan los daños por cavitación y mantienen la eficiencia del sistema y la durabilidad de los componentes.

Conclusión

Hemos visto cómo los antiespumantes líquidos reducen la espuma mediante tres mecanismos fundamentales: desestabilizar las láminas de espuma, romper las burbujas de aire y favorecer la coalescencia de las burbujas. Los requisitos específicos del proceso determinan si se eligen formulaciones a base de aceite, a base de agua, de silicona o de copolímeros de EO/PO. Estos compuestos protegen los equipos críticos 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 en los equipos que pueden resultar muy costosos. Además, mejoran el rendimiento del proceso y eliminan las pérdidas de producción que provoca la espuma no controlada.