Cavitación ultrasónica en líquidos

Las ondas ultrasónicas de alta intensidad de ultrasonido generan cavitación en los líquidos. La cavitación provoca efectos extremos a nivel local, tales como chorros de líquido de hasta 1.000 kilometros / h, una presión de hasta 2000atm y temperaturas de hasta 5000 Kelvin.

Sobre la cavitación ultrasónica

Ultrasonic cavitation at Hielscher's UIP1000hdT (1kW) ultrasonicator
Cuando se sonican líquidos a alta intensidad, las ondas sonoras propagadas en el medio generan ciclos fluctuantes de alta presión (compresión) y de baja presión (rarefacción), cuyo ritmo depende de su frecuencia. Durante el ciclo de baja presión, las ondas ultrasónicas de alta intensidad crean pequeñas burbujas de vacío o ambientes de baja presión dentro del líquido. Cuando estas burbujas han aumentado su tamaño hasta un volumen en que ya no pueden absorber más energía, colapsarán violentamente durante un ciclo de alta presión. Este fenómeno se denomina cavitación. Durante la implosión, se alcanzan localmente temperaturas (aprox., 5000 K) y presiones (aprox., 2000 atm) muy elevadas. La implosión de las burbuja de cavitación también produce la propulsión de corrientes de líquidos a una velocidad de hasta 280 m/s.

Cavitación acústica o ultrasónica: crecimiento e implosión de burbujas

La cavitación acústica (generada por ultrasonidos de potencia) crea condiciones locales extremas, los llamados efectos sonomecánicos y sonoquímicos. Debido a estos efectos, la sonicación favorece las reacciones químicas que conducen a un mayor rendimiento, una mayor velocidad de reacción, nuevas vías y una mayor eficiencia general.

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Acoustic cavitation as shown here at the Hielscher ultrasonicator UIP1500hdT is used to initiate and promote chemical reactions. Ultrasonic cavitation at Hielscher's UIP1500hdT (1500W) ultrasonicator for sonochemical reactions.

Cavitación ultrasónica en la sonda cascada del ultrasonicador UIP1000hdT (1000 vatios, 20kHz) en un reactor de vidrio.

Vídeo de la cavitación acústica

Este video muestra la cavitación ultrasónica/acústica en el agua, generada por el Hielscher UIP1000. La cavitación ultrasónica se utiliza para muchas aplicaciones líquidas.

Cavitación ultrasónica en líquidos usando el UIP1000

Aplicaciones de la cavitación

Los efectos se pueden usar en líquidos para muchos procesos, por ejemplo, para la mezcla y la mezcla, desaglomeración, Pulverizar y ruptura celular. En particular, el alto esfuerzo cortante de los chorros de líquido hace que la fisura en superficies de las partículas y las colisiones entre las partículas.

Exfoliación ultrasónica del grafeno en el agua

Secuencia de alta velocidad (de a a f) de fotogramas que ilustran la exfoliación sonomecánica de una escama de grafito en agua utilizando el UP200S, un ultrasonido de 200W con sonotrodo de 3mm. Las flechas muestran el lugar de la división (exfoliación) con las burbujas de cavitación que penetran en la división.
Tyurnina et al. 2020 (CC BY-NC-ND 4.0) https://creativecommons.org/licenses)

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En la siguiente tabla encontrará algunas indicaciones sobre la capacidad de procesamiento aproximada de nuestros sonicadores:

Volumen del lote Tasa de flujo Dispositivos recomendados
1 a 500 mL 10 a 200 mL/min. UP100H
10 a 2000 mL 20 a 400 mL/min. UP200Ht, UP400St
0,1 a 20 L 0,2 a 4 L/min UIP2000hdT
10 a 100 L 2 a 10 L/min UIP4000hdT
n.a. 10 a 100 L/min UIP16000
n.a. mayor Grupo de UIP16000
Los homogeneizadores de alto cizallamiento por ultrasonidos se utilizan en el laboratorio, en la mesa de trabajo, en los procesos piloto y en la industria.

Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrasónicos de alto rendimiento para aplicaciones de mezcla, dispersión, emulsificación y extracción a escala de laboratorio, piloto e industrial.



Literatura / Referencias


Ultrasonidos de alto rendimiento La gama de productos de Hielscher cubre todo el espectro, desde el ultrasonido compacto de laboratorio, pasando por las unidades de sobremesa, hasta los sistemas de ultrasonidos totalmente industriales.

Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrasónicos de alto rendimiento de laboratorio a tamaño industrial.