TRANSDUTTORE MAGNETOSTRITTIVO
I trasduttori magnetostrittivi utilizzano il principio della magnetostrizione in cui certi materiali si espandono e contraggono quando messi in un campo magnetico alternato.
L'energia elettrica alternata dal generatore ultrasonico è prima convertita in un campo magnetico alternato attraverso l'uso di una spirale di un filo metallico. Il campo magnetico alternato è poi usato per indurre vibrazioni meccaniche a frequenza ultrasonica in strisce risonanti di nichel o altro materiale magnetostrittivo che sono attaccati alla superficie per essere vibrati. Poiché i materiali magnetostrittivi si comportano allo stesso modo di un campo magnetico di altra polarita', la frequenza dell'energia elettrica applicata al trasduttore è di 1/2 della frequenza dell'output desiderata. I trasduttori magnetostrittivi forniscono prima di tutto una robusta fonte di vibrazioni ultrasoniche per applicazioni ad alto potere come il lavaggio ad ultrasuoni.
A causa delle costrizioni meccaniche inerenti sulla taglia fisica dell'hardware come anche complicazioni elettriche e magnetiche, i trasduttori ad alto potere magnetostrittivo operano spesso a frequenze oltre i 20 KHz. I trasduttori piezoelettrici, al contrario, possono operare bene nella gamma dei megahertz. I trasduttori magnetostrittivi sono generalmente meno efficienti di quelli piezoelettrici. Questo è dovuto principalmente al fatto che il trasduttore magnetostrittivo richiede una doppia conversione di energia da elettrica a magnetica e poi da magnetica a meccanica. Un po' di efficienza viene persa in ogni conversione. Effetti magnetici isteresi diminuiscono anche l'efficienza del trasduttore magnetostrittivo.
TRANSDUTTORE PIEZOELETTRICO
I trasduttori piezoelettrici convertono l'energia elettrica alternata direttamente in energia meccanica attraverso l'uso dell'effetto piezoelettrico in cui ceri materiali cambiano dimensione se una carica elettrica è applicata agli stessi.
L'energia elettrica a frequenza ultrasonica è fornita al trasduttore dal generatore ultrasonico. Questa energia elettrica è applicata all'elemento-i piezoelettrico nel trasduttore che vibra. Queste vibrazioni sono amplificate dalle masse risonanti del trasduttore e dirette al liquido attraverso il piatto che irradia. Prima i trasduttori piezoelettrici utilizzavano materiali piezoelettrici come cristalli di quarzo naturale e titanato di bario che erano fragili e instabili. I trasduttori di oggi incorporano materiali piezoelettrici piu' forti, piu' efficienti e altamente stabili che furono sviluppati come risultato degli sforzi della marina US e della sua ricerca di sviluppare avanzati sonar transponder nel 1940. la grande maggioranza di trasduttori usati oggi per la pulizia ad ultrasuoni utilizzano gli effetti piezoelettrici.
EQUIPAGGIAMENTO DI PULIZIA AD ULTRASUONI
L'equipaggiamento per la pulizia ad ultrasuoni varia dalle piccole unita' da tavolo spesso trovate negli studi dentistici o negozi di gioielleria a enormi sistemi con capacita' di parecchi migliaia di galloni usati in una varieta' di applicazioni industriali. La selezione o il disegno di un equipaggiamento adatto è dominante nel successo tutte le applicazioni di pulitura ad ultrasuoni.
L'applicazione piu' semplice puo' richiedere solo un semplice pulitore di vasca riscaldato con risciacquatura da essere fatto in un lavandino o in un contenitore separato. I sistemi di lavaggio piu' sofisticati includono una o piu' risciacquate, vasche di processo aggiuntive e asciugatori ad aria calda. L'automazione è spesso aggiunta per ridurre il lavoro e garantire la consistenza del processo.
Le installazioni piu' grosse utilizzano trasduttori ultrasonici immergibili che possono essere montati sui lati o sul fondo delle vasche di lavaggio quasi ogni taglia. I trasduttori ultrasonici immergibili offrono la massima flessibilita' e tranquillita' di installazione e servizio.
Piccoli, autofrenanti pulitori sono usati negli studi medici e nei negozi di gioielleria.
Sistemi di lavaggio di vasca riscaldati sono usati nei laboratori e per necessita' di lavaggio di piccoli lotti.
MASSIMIZZAZIONE DEL PROCESSO DI PULITURA
Parametri di processo
L'applicazione effettiva di un processo di pulizia ad ultrasuoni richiede la considerazione di diversi parametri. Mentre tempo, temperatura e chimica rimangono importanti come nelle altre tecnologie di lavaggio, ci sono altri fattori che devono essere considerati per massimizzare l'efficacia del processo. Specialmente importanti sono quelle variabili che riguardano l'intensita' della cavitazione ultrasonica nel liquido.
Massimizzazione di cavitazione
La massimizzazione di cavitazione del liquido di lavaggio è ovviamente molto importante per il successo del processo di pulizia ultrasonica. Molte variabili influenzano l'intensità' di cavitazione.
Temperatura è il singolo parametro più importante da essere considerato nella massimizzazione dell'intensità' di cavitazione. Questo perché tante proprietà dei liquidi che influenzano l'intensità' di cavitazione, sono relativi alla temperatura. I cambiamenti della temperatura risultano in cambiamenti di viscosità, la solubilità del gas nel liquido, la percentuale diffusione dei gas dissolti nel liquido, e la pressione del vapore, ogni uno influenza l'intensità' di cavitazione. Nell'acqua pura, l'effetto di cavitazione è massimizzato a circa 160° F.
La viscosità del liquido deve essere minimizzata per il massimo effetto di cavitazione. I liquidi viscosi sono lenti e non rispondono abbastanza velocemente per formare bolle di cavitazione e un'implosione violenta. La viscosità della maggior parte dei liquidi è ridotta quando la temperatura aumenta.
Per la maggior parte delle cavitazioni effettive, il liquido di pulizia deve contenere la minor quantità possibile di gas dissolto. Il gas dissolto nel liquido è rilasciato durante le fase di crescita della bolla di cavitazione e ostacola la sua violenta implosione che è necessaria per l'effetto ultrasonico desiderato. L'ammontare del gas dissolto nel liquido è ridotta quando la temperatura del liquido è aumentata.
La diffusione percentuale dei gas dissolti nel liquido è aumentata alle alte temperature. Questo significa che il liquido alle più alte temperature rilascia gas dissolti più prontamente che quelli alle più basse temperature, il che aiuta a minimizzare l'ammontare dei gas dissolti nel liquido.
Un moderato aumento della temperatura del liquido lo porta più vicino alla sua pressione di vapore, cio' significa che la cavitazione vaporosa è più facilmente raggiunta. La cavitazione vaporosa, in cui le bolle di cavitazione sono riempite di il vapore del liquido di cavitazione, è la forma più reale di cavitazione. Quando la temperatura di ebollizione è vicina, comunque, l'intensità' di cavitazione è ridotta quando il liquido comincia a bollire nei luoghi di cavitazione.
L'intensità' di cavitazione è direttamente collegata al potere ultrasonico ai livelli di potere generalmente usati nei sistemi di lavaggio ultrasonici. Quando il potere aumenta sostanzialmente oltre la soglia di cavitazione, l'intensità' di cavitazione si livella e può essere solo aumentata ulteriormente attraverso l'uso di tecniche di messa a fuoco. L'intensità' di cavitazione è inversamente collegata alla frequenza ultrasonica. Quando la frequenza ultrasonica aumenta, l'intensità' di cavitazione viene ridotta a causa della taglia più piccola delle bolle di cavitazione e la loro risultante implosone meno violenta. La riduzione dell'effetto di cavitazione alle frequenze più alte può essere superato dall'aumento del potere ultrasonico.
DISSOLUZIONE MINIMA DI GAS
Durante la porzione di pressione negativa dell'onda sonora, il liquido è lacerato e le bolle di cavitazione cominciano a formarsi. Quando la pressione negativa si sviluppa all'interno delle bolle, i gas dissolti nel liquido capitante cominciano a propagarsi oltre il limite nelle bolle. Quando la pressione negativa è ridotta dovuto al passaggio della porzione di rarefazione dell'onda sonora e la pressione atmosferica è raggiunta, le bolle di cavitazione cominciano a collassate per la loro stessa tensione di superficie. Durante la porzione di compressione dell'onda sonora, tutti i gas diffusi nelle bolle sono compressi e in fine cominciano a diffondersi di nuovo attraverso il limite per rientrare nel liquido. Questo processo, comunque, non è mai completo poiche' le bolle contengono gas da quando la diffusione fuori dalla bolla non comincia sino a quando la bolla non è compressa. E una volta che la bolla è compressa, la superficie del limite disponibile è ridotta. Come risultato, le bolle di cavitazione formate nel liquido, contengono gas che non collassa sempre in implosione ma piuttosto risulta in piccole tasche di gas compresso nel liquido. Questo fenomeno puo' essere utile nei liquidi degassanti. Le piccole bolle di gas si uniscono insieme sino a diventare sufficientemente galleggianti per arrivare alla superficie del liquido.
MASSIMIZZAZIONE DELL' EFFETTO PROCESSO DI PULITURA
La selezione chimica del lavaggio è estremamente importante per il successo completo del processo di lavaggio ultrasonico. La chimica selezionata deve essere compatibile con il metallo di base che deve essere pulito e ha la capacita' di rimuovere gli sporchi che sono presenti. Deve anche cavitare bene. La maggior parte delle chimiche di pulizia puo' essere usto soddisfacentemente con gli ultrasuoni. Alcuni sono formulati soprattutto per l'uso di ultrasuoni. Comunque, evitate le formulazioni non-spumose normalmente usate per le applicazioni di lavaggio spray. Le formulazioni altamente bagnate sono preferite. Molti dei nuovi pulitori a petrolio, come quei pulitori a petrolio e a base semi-acquosa, sono compatibili con gli ultrasuoni. L'uso di queste formulazioni puo' richiedere alcune considerazioni di equipaggiamento speciali., incluso l'aumento del potere ultrasonico, per essere efficace.
La temperatura era stata menzionata precedentemente come essere importante per raggiungere la massima cavitazione. L'efficacia è anche collegata alla temperatura. Sebbene l'effetto di cavitazione è massimizzato nell'acqua pura a una temperatura di circa 70° C, un ottimo lavaggio è spesso visibile a temperature piu' alte o piu' basse a causa dell'effetto che la temperatura ha sulla chimica di lavaggio. Come regola generale, ogni chimica si comportera' meglio alla sua temperatura di processo raccomandata incurante dell'effetto della temperatura sugli ultrasuoni. Per esempio, sebbene il massimo effetto ultrasonico è raggiunto a 70° C, pulitori altamente piu' caustici sono usati a temperature da 80° C a 90° C perché l'effetto chimico è aumentato dalla temperatura aggiunta. Altri pulitori possono decomporsi e perdere la loro efficacia se usati a temperature in eccesso tanto basse quanto 60° F. il miglior modo è di usare una chimica alla sua temperatura massima raccomandata non superando i 90 ° F.
La degassazione delle soluzioni di pulizia è estremamente importante nel raggiungimento di risultati di pulizia soddisfacenti. Le soluzioni fresche o soluzioni che si sono raffreddate devono essere degassate prima di procedere con la pulitura. La degassazione è fatta dopo che la chimica è stata aggiunta ed è compiuto dall'energia ultrasonica operante e dell'aumento della temperatura della soluzione. Il tempo richiesto per degassare varia considerabilmente, è basato sulla capacita' della vasca e dalla temperatura della soluzione, e puo' variare da parecchi minuti per piccole vasche a un'ora o piu' per vasche grosse. Una vasca non riscaldata puo' richiedere parecchie ore per degassare. La degassazione è completa quando le piccole bolle di gas non salgono piu' sulla superficie del liquido e un esempio di increspature puo' essere visto.
Il potere ultrasonico rilasciato alla vasca di lavaggio deve essere adeguato per cavitare l'intero volume del liquido con il carico di lavoro in luogo. Watts per gallone è un'unita' di misura spesso usata per misurare il livello del potere ultrasonico nella vasca di lavaggio. Quando il volume della vasca è aumentato, il numero di Watts per gallone richiesto per raggiungere la performance richiesta è ridotto. Le parti del lavaggio che sono molto massicce o che hanno un alto rapporto di superficie a far massa possono richiedere un potere ultrasonico addizionale. Un potere ultrasonico eccessivo puo' causare erosione di cavitazione o "bruciatura" delle parti metalliche leggere. Se una vasta varieta' di parti deve essere pulita in un singolo sistema di lavaggio, un controllo del potere ultrasonico è raccomandato per permettere di aggiustare il potere come richiesto dalle varie necessita' di lavaggio.Una esposizione parziale per sia per il lavaggio chimico che per l'energia ultrasonica è importante per un lavaggio effettivo. Fare attenzione che tutte le aree delle parti che devono essere lavate siano inondate dal liquido di pulizia. Parti, cestelli e apparecchiature devono essere modellate per permettere la penetrazione dell'energia ultrasonica e per posizionare le parti assicurandosi che siano esposte all'energia ultrasonica. È spesso necessario mettere su una rastrelliera le parti individualmente in una orientazione specifica o ruotarli durante il processo di lavaggio per pulire i passaggi interni e buchi ciechi.
Conclusione. Propriamente utilizzata, l'energia ultrasonica puo' contribuire in modo significativo alla regolazione della velocita' e all'efficacia di molti processi di lavaggio a immersione e risciacquo. È specialmente benefico nell'aumentare l' efficacia delle chimiche di pulizia semi acquose preferite ai giorni nostri e, in fatti, è necessaria in molte applicazioni per raggiungere il livello di pulizia desiderato. Con gli ultrasuoni, le chimiche acquose possono spesso dare risultati che superano quelli precedentemente raggiunti con i solventi. Gli ultrasuoni non sono una tecnologia del futuro -- è piuttosto una tecnologia dei giorni nostri.