Chemicals de interfaces

El rol crítico de los antiespumantes en la industria

Cualquiera que haya pasado tiempo en una planta industrial, ya sea formulando un jarabe de uso farmacéutico, en un proceso de fermentación o procesando un alimento, puede vivir momentos de tensión cuando el nivel de un tanque empieza a subir sin explicación aparente, los sensores de nivel dejan de ser confiables y los manómetros empiezan a presentar alteraciones debido al gas atrapado.

En cuestión de segundos, una espuma densa y persistente amenaza con invadir el sistema de venteo o generar un rebose. Sin exagerar, la espuma es una de las perturbaciones operativas más frecuentes y también una de las más subestimadas.

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En este artículo, vamos a disgregar la ciencia detrás de la generación de espuma. Exploraremos qué es la espuma, cómo la combatimos desde la química de procesos, y cuáles son las poderosas herramientas químicas permitidas para su mitigación en la industria.

La base del problema: ¿Por qué se forma la espuma?

Antes de combatir la espuma, debemos entender por qué se forma. En esencia, la espuma es una dispersión de gas en un líquido. Pero para que sea estable, y por tanto persistente, necesitamos tres ingredientes: un líquido, un gas (aire) y un agente tensoactivo (surfactante).

Cuando se introduce aire en sistemas ricos en surfactantes mediante una agitación mecánica, como el mezclado con hélices o las operaciones de bombeo en el procesamiento lácteo, se puede formar rápidamente una cantidad significativa de espuma.

En la industria de fármacos y alimentos, la presencia de surfactantes es algo común. Pueden ser proteínas (en suero de leche, caldos de fermentación), saponinas (en extractos herbales/frutales) o los propios excipientes que añadimos para estabilizar un principio activo. Estos agentes se adsorben en la interfase líquido-aire, reduciendo la tensión superficial y creando una película elástica y resistente alrededor de las burbujas. Esta película evita que haya coalescencia de las burbujas, lo que prolonga la vida de la espuma.

La formación de espuma se basa en principios fisicoquímicos fundamentales que implican interacciones intermoleculares, no covalentes, además de su generación a través de fluctuaciones topológicas en la interfase aire-agua.

El proceso de formación de espuma no es espontáneo y requiere un aporte significativo de energía mecánica para vencer la tensión interfacial, que es la fuerza que naturalmente mantiene la superficie del líquido estable y resistente a la formación de burbujas. Sin embargo, una vez formada la burbuja, la estabilidad de la espuma resultante está determinada por un delicado equilibrio entre factores internos y externos. 1

El antiespumante como aditivo

Un antiespumante es una sustancia química que controla la espuma, previniendo su formación o potenciando su descomposición.

La EPA define claramente que la capacidad de acción de estas sustancias depende de su tendencia a concentrarse en la superficie de las burbujas e interrumpir las películas líquidas continuas que las rodea.2 Fenómenos físicos como el drenaje, la coalescencia y el engrosamiento actúan sinérgicamente para desestabilizar estas burbujas.3

Visualicemos la acción de estos antiespumantes en tres frentes:

Entrada
El antiespumante, que es insoluble en el medio, debe lograr penetrar en la película de la burbuja desde la fase acuosa. Esta corresponde a la barrera de entrada que se debe superar.
Extensión
Una vez dentro, el antiespumante se extiende rápidamente sobre la superficie de la película. Esta extensión desplaza la capa de surfactante que estabilizaba la burbuja.
Ruptura
Al desplazar el surfactante, se crea un punto débil. La película se adelgaza hasta un punto de ruptura, haciendo que la burbuja colapse.

Sin embargo, es importante considerar que esta secuencia de pasos puede variar dependiendo de la formulación empleada, ya que los antiespumantes pueden adicionarse al inicio del proceso como prevención a la formación de espuma, o adicionarse como agente de mitigación después de formada la columna de espuma.3

En muchas aplicaciones prácticas, las estrategias más eficaces de control de espuma se basan en formulaciones multifuncionales de antiespumantes. Estos sistemas avanzados no solo proporcionan una rápida eliminación de la espuma durante alteraciones críticas del proceso, sino que también ofrecen una supresión a largo plazo al evitar que la espuma vuelva a formarse.

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