Agitador magnético

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Un agitador magnético o mezclador magnético es un dispositivo de laboratorio que emplea un campo magnético giratorio para hacer que una barra de agitación (o pulga) sumergida en un líquido gire muy rápidamente, agitándolo.

El campo giratorio puede ser creado por un imán giratorio o por un conjunto de electroimanes estacionarios, colocados debajo del recipiente con el líquido. Se utiliza en química y biología cuando otras formas de agitación, como los agitadores motorizados y las varillas agitadoras, no son viables para su uso.

Historia

La primera patente de un agitador magnético es la US 1.242.493, concedida el 9 de octubre de 1917 a Richard H. Stringham de Bountiful, Utah, EE.UU. El agitador del Sr. Stringham utilizaba electroimanes fijos en la base, en lugar de un imán permanente giratorio, para hacer girar el agitador.

Arthur Rosinger, de Newark, Nueva Jersey, Estados Unidos, obtuvo la patente estadounidense 2.350.534, titulada Magnetic Stirrer (Agitador magnético) el 6 de junio de 1944, tras haber presentado una solicitud al respecto el 5 de octubre de 1942. La patente del Sr. Rosinger incluye una descripción de una barra magnética revestida colocada en un recipiente, que es impulsada por un imán giratorio en una base situada debajo del recipiente. El Sr. Rosinger también explica en su patente que el revestimiento del imán en plástico o su recubrimiento con vidrio o porcelana lo hace químicamente inerte.

Plancha de calentamiento con agitación magnética
Plancha de calentamiento con agitación magnética

El imán de barra recubierto de plástico fue inventado de forma independiente a finales de la década de 1940 por Edward McLaughlin, del Torpedo Experimental Establishment (TEE), en Greenock, Escocia, que lo denominó «pulga» por la forma en que salta si el imán giratorio se acciona demasiado rápido.


El primer agitador magnético multipunto fue desarrollado y patentado por Salvador Bonet, de la empresa SBS, en 1977, quien también introdujo la práctica de anotar la denominación de la potencia de agitación en «litros de agua», que es un estándar de mercado en la actualidad.

Diseño

Un agitador magnético consiste en una barra magnética colocada dentro del líquido que proporciona la acción de agitación. El movimiento de la barra agitadora es impulsado por otro imán giratorio o un conjunto de electroimanes en el dispositivo agitador, debajo del recipiente que contiene el líquido. Las barras agitadoras suelen estar recubiertas de PTFE o, con menos frecuencia, de vidrio; los recubrimientos están pensados para ser químicamente inertes, no contaminando ni reaccionando con la mezcla de reacción en la que se encuentran

El vidrio puede ser una alternativa viable si el PTFE no es adecuado. En las reducciones de metales en disolución que utilizan un metal alcalino disuelto en una amina primaria, el PTFE puede ser atacado en cierta medida. Las reducciones de Birch (una reducción común de metales en disolución) se realizan a menudo en un recipiente de vidrio, lo que indica que una barra agitadora de vidrio también sería compatible. El vidrio puede ser atacado por álcalis fuertes (como la lejía) dependiendo del calor, el tiempo de exposición y la concentración.


Usos y limitaciones

Los agitadores magnéticos se utilizan a menudo en química y biología, donde pueden emplearse para agitar recipientes o sistemas herméticamente cerrados sin necesidad de complicados sellos rotativos. Se prefieren a los agitadores motorizados accionados por engranajes porque son más silenciosos, más eficientes y no tienen partes externas móviles que se rompan o desgasten (aparte de la simple barra magnética en sí).

Agitador magnético con calentamiento
Agitador magnético con calentamiento

Las barras agitadoras magnéticas funcionan bien en los recipientes de vidrio que se utilizan habitualmente para las reacciones químicas, ya que el vidrio no afecta de forma apreciable a un campo magnético. El tamaño limitado de la barra significa que los agitadores magnéticos sólo pueden utilizarse para experimentos relativamente pequeños, de 4 litros o menos.

Las barras agitadoras también tienen dificultades para tratar líquidos viscosos o suspensiones espesas. Para volúmenes mayores o líquidos más viscosos, suele ser necesario algún tipo de agitación mecánica (por ejemplo, un agitador de techo). En la química sintética, se suele utilizar un agitador/calentador magnético combinado, equipado con un mecanismo de control de la temperatura y una sonda de temperatura incorporados, con un baño de calentamiento (normalmente aceite, arena o metal de bajo punto de fusión) o un baño de enfriamiento (normalmente agua, hielo o un líquido orgánico mezclado con nitrógeno líquido o hielo seco como refrigerante), que permite mantener los recipientes de reacción colocados en el baño a temperaturas entre -120 y 250 °C aproximadamente.


Los agitadores magnéticos tienen forma de barra y suelen ser de sección octogonal o circular, aunque existe una variedad de formas especiales para una agitación más eficaz. Muchas barras agitadoras tienen un anillo pivotante alrededor del centro sobre el que giran. Las más pequeñas sólo miden unos pocos milímetros de largo y las más grandes unos pocos centímetros.

Las placas de calentamiento de laboratorio suelen tener una doble función, ya que incorporan tanto el conjunto de agitación como un elemento calefactor. La potencia de estos elementos calefactores puede oscilar entre unos cientos y unos miles de vatios, y permiten calentar y agitar el matraz de reacción al mismo tiempo. La temperatura máxima del fluido que se puede alcanzar depende del tamaño del matraz, la cantidad de solución que se va a calentar, la potencia del elemento calefactor y la cantidad de aislamiento del sistema.

Debido a su pequeño tamaño, una barra de agitación se limpia y esteriliza más fácilmente que otros dispositivos de agitación. No necesitan lubricantes que puedan contaminar el recipiente de reacción y el producto.


Un recuperador de barras agitadoras es un imán independiente en el extremo de una varilla larga (también recubierta de PTFE químicamente inerte) que puede utilizarse para extraer las barras agitadoras de un recipiente.

Formas y tamaños de las barras de agitación magnética

En el mercado se encuentran una gran variedad de tamaños y formas de barras de agitación magnética. Su tamaño varía de unos pocos milímetros a unos pocos centímetros y sus formas van desde pequeños ovalos, barras sencillas, barras con anillo central, forma de cruz, engranaje hasta formas mas complicadas diseñadas para aplicaciones especiales.

as de barras de agitación magnética y un recuperador
as de barras de agitación magnética y un recuperador

Selección y uso de barras de agitación magnética

La agitación magnética se utiliza en una serie de procedimientos de laboratorio habituales, pero a menudo se pasa por alto la importancia de seleccionar la mejor barra de agitación para cada aplicación concreta. El imán de accionamiento, la forma del recipiente, la viscosidad y la abrasividad de los materiales deben tenerse en cuenta a la hora de elegir el tamaño, la forma y los materiales (revestimiento e imán) de la barra de agitación magnética para conseguir unos resultados de agitación eficaces y eficientes.


En primer lugar, hablemos del magnetismo. En el nivel más básico, sabemos que los polos opuestos se atraen. Un agitador magnético tiene un imán de arrastre, generalmente una barra o una forma de U de una aleación metálica o una cerámica que gira impulsada por un motor de arrastre.

Los polos magnéticos del imán de accionamiento suelen estar separados unos cinco centímetros en los modelos de sobremesa, y pueden estar separados hasta seis centímetros en las unidades más grandes utilizadas para mezclar 50 galones de solución líquida. Para un acoplamiento magnético óptimo, la distancia entre los polos magnéticos del imán impulsor y la longitud de la barra de agitación debe ser igual. Las barras demasiado largas o cortas en proporción al imán motriz no tendrán un acoplamiento óptimo, lo cual es importante para reducir el giro.

Una vez que la barra de agitación magnética se ha colocado en un recipiente con solución, debe situarse directamente sobre el centro del imán motriz. La velocidad de agitación debe aumentarse lentamente, hasta conseguir el patrón de vórtice deseado. Si la barra de agitación magnética pierde su acoplamiento con el imán motriz a causa de la velocidad del imán motriz, la viscosidad del fluido o una longitud de barra de agitación mal seleccionada, se dice que se ha «girado».


Catalogo de diferentes tamaños y formas de barras de agitación magnética
Catalogo de diferentes tamaños y formas de barras de agitación magnética

La distancia vertical entre el imán motriz y la barra de agitación debe ser la mínima posible para conseguir el mejor acoplamiento y la mayor eficacia de la agitación. Por lo tanto, el recipiente de contención debe ser lo más delgado posible.

La selección de la forma de la barra agitadora magnética también influye en el vórtice resultante, ya que las formas de varios lados pueden ser más eficientes para mover las soluciones y ciertas formas han sido diseñadas para proporcionar un ajuste a medida en recipientes especiales como tubos de ensayo, cubetas y celdas de espectrofotómetro.

Las barras agitadoras magnéticas suelen estar fabricadas con imanes ALNICO (una aleación de aluminio, níquel, hierro y cobalto) encapsulados en un revestimiento de PTFE aprobado por la FDA. Además, las barras agitadoras magnéticas también utilizan materiales magnéticos de alta energía, como el cobalto de samario, que aumenta la fuerza de acoplamiento con un imán de accionamiento y ayuda a reducir el giro cuando se mezclan soluciones viscosas o se mezclan a altas velocidades.


Para agitación de soluciones altamente viscosas se encuentran disponibles barras de agitación magnética con núcleo hecho de aleación de samario-cobalto y otras tierras raras para un acoplamiento magnético fiable: la energía magnética superior reduce la frecuencia de los giros en las aplicaciones más vigorosas. Su color verde permite identificar rápidamente el cobalto de samario de tierras raras.

Para más información Stir Bars

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