La tecnica degli ultrasuoni

Tecniche per pulire, sgrassare, decapare e decarbonizzare superfici e metalli.

Cavitazione e vibrazione meccanico molecolare.

Lavatrici a ultrasuoni di taglia piccola e media per la pulitura di: argenterie, oreficerie, orologi, vetrini e fialette di laboratorio, portaimpronta - bisturi - sondini - pinze - frese e punte del dentista, estrattori e scavatori in chirurgia, osteosintesi in ortopedia, attrezzature e impianti endossei in odontoiatria e paradontologia, ganci per ortodonzia, stampi per iniezione plastica, stampi per compressione gomma ed elastomeri, ingranaggi, utensili e attrezzi di lavorazione a controllo numerico, componenti elettronici saldati su schede madri e schede di controllo elettricoGli ultrasuoni non sono creati da semplici apparecchi elettrici e non nascono direttamente da un generatore elettronico. Il generatore di ultrasuoni genera in solo l'alta frequenza elettrica alternata e pulsata a una certa frequenza che rientra nel campo delle onde elettroniche tra i 20 e i 50 Khz, frequenze standard per il lavaggio,e quindi le invia ai trasduttori o emettitori..

Sono i trasduttori che trasformano l'energia elettrica alternata in onde e vibrazioni meccaniche sinusoidali allungando e restringendo le lamelle di nichel di un pacco magneto o allungando e accorciando l'elemento piezoelettrico.

Queste deformazioni di pochi micron si succedono con una velocità impensabile per l'occhio e l'orecchio umano, cioè 25.000 e 50.000 volte al secondo nel caso di frequenze standard per la finitura delle superfici. La stessa lamiera inox si deforma in modo velocissimo e invisibile con uguale frequenza impostata dal generatore.

Gli ultrasuoni sono onde acustiche che vibrano tra i 18.000 hertz sino a 10 milioni di hertz, sopra la soglia udibile, e sono onde che oscillando si propagano in modo veloce nei liquidi, questo fenomeno consente una ottima trasmissione della potenza di vibrazione, dato che la cavitazione, in realtà, è solo il fenomeno idraulico atomico del causato dal fatto che abbiamo imposto all'elettrone in quiete un movimento accelerato secondo i nostri parametri di lavoro.

Senza il meccanismo elettromeccanico di un generatore accoppiato e in sintonia di banda al suo trasduttore, l'elettrone starebbe tranquillo alla sua originale frequenza e non ci sarebbe ne vibrazione molecolare ne tantomeno la cavitazione del liquido.

La potenza.

Come puliscono le superfici metalliche gli ultrasuoniLa potenza degli ultrasuoni non è calcolata in nessun modo dalla formula P = V x I che definisce solo la potenza assorbita da un circuito elettrico in corrente continua (CC in italiano e DC in inglese) mentre i generatori di ultrasuoni sono trasformatori convertitori statici, anche amplificatori (come nel caso dei nostri apparecchi ad alta potenza) di onde alternate sinusoidali e sono funzionanti in corrente alternata monofase o trifase (CA in italiano - AC in inglese). Infatti la Legge di Ohm non è applicabile negli ultrasuoni come non risulta applicata in presenza di transitors, SCR veloci e IGBT elettronici, questi componenti elettronici seguono leggi fisiche ed elettriche ben diverse dalle leggi postulate da Ohm, noto studioso delle leggi delle reti elettriche (maglie e nodi elettrici circuitali).

La potenza assorbita dei generatori sia analogici che digitali è espressa dalla formula: P = 1,72 x V x I x cosfì. Dove la tensione (V) e la corrente alternata di ingresso (I) sono moltiplicate al coseno angolare di sfasatura alternata (cosfì). Detto questo, la Potenza reale assorbita (P) da un generatore non è parametro valido per definire la potenza effettiva pulente (PEP) di un sistema di lavaggio con ultrasuoni.

Il concetto di Potenza assorbita come sicura qualità funzionale di un generatore non e cosa realistica perchè l'apparecchio potrebbe assorbire una grande potenza e per dissipazione fornirne poca in uscita ai trasduttori e, ugualmenente, i trasduttori mal progettati e assemblati in modo impreciso potrebbero perdere potenza e trasformare solo una minima parte di una già scadente energia elettrica inviata in uscita agli emettitori..

Onda sinusoidalePer definire il valore PEP deve essere valutata l'effettiva e completa potenza pulente del sistema ultrasonoro. In tale valore sono immessi tutti i dati necessari, quali: qualità elettromeccanica trasduttori e loro rendimento, tipo di amplificazione, tipo e uniformità delle onde emesse e loro forma e sincronia con il trasduttore. Seguono i parametri di uniformità delle onde meccaniche trasformate in vibrazioni nel liquido della vasca. A questi dati tecnici sarebbero da aggiungere decine di parametri elettronici, formule e calcoli matematici su integrate e derivate Booleane di una certa complessità.

La reale potenza degli ultrasuoni di una lavatrice è da valutare con calcoli che sono nella matematica superiore, valutazioni da implementare ai risultati pratici ottenuti in laboratorio seguendo precise metriche. I calcoli empirici sugli assorbimenti d'ingresso a un generatore e il suo effettivo rendimento capacitivo non sono validati da una targhetta di valori nominali sull'apparecchiatura che acquistate se il produttore non ha seguito le procedure indicate.

Impianti di lavaggio con ultrasuoni e detergenti ecologici che non influiscono sull'effetto serra e non alimentano ne il buco dell'ozono ne il riscaldamento del pianetaLa costruzione di un gruppo ultrasonoro deve avere non la potenza ma l'efficacia di raggiungere il grado pulente ottimale su ogni superficie con la completa eliminazione di ogni tipo di contaminante solidificato o molle presente sui pezzi e sui componenti.

Alcuni fattori determinanti possiamo esporli in sintesi e sono i seguenti:

Approfondimenti.

Introduciamo i concetti di cavitazione e il concetto di vibrazione meccanico molecolare che sono alla base del lavaggio nei liquidi ottenuto per effetto delle onde ultrasonore. La cavitazione indotta da un sonicatore è una compressione ed espansione fisica della materia, conosciuta da molti anni in idraulica, e riguarda il fatto che gli ultrasuoni emessi dai trasduttori comprimono e poi espandono i fluidi. Le molecole del liquido detergente del bagno di pulitura cambiano dimensione, ciò crea bolle di pressione positiva e negativa che esplodendo e implodendo rilasciano energia di impatto che aiuta la pulitura per pressioni localizzate esplodenti che arrivano a 1300 Bar.

La vibrazione molecolare delle onde è un effetto primario che riguarda lo stato fisico degli elettroni, la variazione del loro stato di quiete mediante l'imposizione di una corrente alternata a diverse frequenze di oscillazione accelera le particelle provocando processi fisici, chimici e successivamente anche la cavitazione idraulica del fluido (aria o acqua). Questo fenomeno lo abbiamo osservato in laboratorio nel 1989, quando nessuno ne era a conoscenza. Successivamente alcuni centri di ricerca universitari si interessarono al fenomeno per applicarlo nel vuoto, nei settori della luminescenza e dell'energia.

Il fenomeno della vibrazione molecolare delle onde è intimamente correlato all'oscillazione della materia e alle frequenze. Nel nostro settore è legato agli ultrasuoni di natura piezoelettrica e magnetostrittiva dei trasduttori ed è controllabile nello stato degli elettroni che compongono il liquido e sono eccitati a muoversi e oscillare molto velocemente, alle alte frequenze comandate dal generatore. Con questo processo si possono generare grandi energie ultrasonore localizzate in ogni punto del liquido di lavaggio. Siamo stati i primi a pubblicare l'argomento su riviste tecniche specializzate..

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