Levitación ultrasónica y sus aplicaciones industriales
La levitación ultrasónica? acústica es una opción probada industrialmente para el transporte sin contacto de materiales sensibles de peso ligero, así como para la manipulación de muestras sin contacto. Obtenga más información sobre la levitación ultrasónica y sus aplicaciones en la industria y la ciencia.
Aplicaciones de la levitación ultrasónica
La levitación acústica es un método científicamente probado y adoptado industrialmente para la manipulación de materiales y el posicionamiento de muestras sin contacto. La levitación ultrasónica, como método de manipulación sin contacto, se utiliza para manipular sin impacto mecánico piezas de trabajo frágiles y sensibles a la superficie, como obleas, microchips o finas placas de vidrio. Debido a la manipulación sin contacto de materiales y muestras, la levitación ultrasónica se ha implantado en aplicaciones industriales, científicas y analíticas.
En la industria, la levitación ultrasónica se utiliza como método fiable para el procesamiento sin contacto ni recipiente de microchips y otros objetos pequeños y delicados, propensos a dañarse incluso con un ligero contacto físico. Otro campo de aplicación es la manipulación de materiales de gran pureza o reactivos químicos, que se verían influidos por un contenedor.
Posiciones de levitación de esferas de polipropileno en un levitador acústico de un eje. Levitador? sonotrodo arriba, reflector abajo (b) H1 = 7,45 mm; (d) H3 = 21,55 mm.
- objetos sensibles a las fuerzas físicas (por ejemplo, microchips)
- materiales no conductores
- materiales de gran pureza
- reactivos químicos
- muestras biológicas y analíticas
- proteínas para cristalografía
Principio de funcionamiento de la levitación ultrasónica
La levitación acústica describe la aplicación de ondas ultrasónicas a un fluido, normalmente gas (por ejemplo, aire). Cuando la onda ultrasónica viaja a través del gas, la onda sonora contrarresta la fuerza de gravedad – con el resultado de que los objetos pueden flotar sin apoyo en el aire. Este efecto de flotación libre de un objeto en una onda sonora requiere el fenómeno de la onda estacionaria. Una onda estacionaria se forma cuando dos ondas idénticas procedentes de direcciones opuestas se superponen. Por lo tanto, en una configuración de levitación acústica se utiliza un transductor ultrasónico para crear ondas de presión longitudinales y un reflector en el otro lado refleja las ondas, de modo que la onda idéntica procedente de ambos lados puede superponerse y formar una onda estacionaria.
Levitación acústica de una pequeña esfera rígida en el nodo de presión de una onda estacionaria plana establecida entre un transductor/levitador y un reflector.
Nodos y antinodos: La onda de presión longitudinal de los ultrasonidos intensos permite flotar sin contacto en el aire. Estas ondas ultrasónicas estacionarias tienen nodos definidos. Un nodo es la zona de presión mínima, mientras que un antinodo se define como la zona de presión máxima. Los nodos de una onda estacionaria se encuentran en el centro de la levitación acústica.
Los levitadores ultrasónicos funcionan mediante el posicionamiento del campo de ondas estacionarias sobre una sonda ultrasónica (es decir, un sonotrodo) y el uso de un reflector.
Equipos de levitación ultrasónica
Hielscher Ultrasonics cuenta con una larga experiencia en el diseño, la fabricación y la distribución de equipos de ultrasonidos de alta calidad y alto rendimiento. Para la levitación acústica, Hielscher ofrece dos tipos estándar de levitadores:
- UP100H – un levitador de 30 kHz y 100 W
- UP400St – un levitador de 24 kHz y 400 W
- UIP500hdT – un levitador de 20 kHz y 500 W
El procesador ultrasónico UP400St es un sistema compacto en el que el transductor y el generador se combinan en una carcasa robusta. El potente levitador de 500 vatios UIP500hdT dispone de transductor y generador independientes. Con su transductor de grado IP64, el UIP500hdT es ideal para la instalación en entornos exigentes.
Los levitadores ultrasónicos pueden instalarse como unidad individual o en paralelo y son capaces de funcionar en líneas de procesamiento de alta velocidad y alto rendimiento.
Para requisitos específicos, Hielscher Ultrasonics también diseña y fabrica levitadores personalizados y patentados.
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Literatura / Referencias
- Andrade, M.A.B.; Pérez, N.; Adamowski, J.C. (2018): Review of Progress in Acoustic Levitation. Brazilian Journal of Physics 48, 2018. 190–213.
- Malte Junk, Jörn Hinrichs, Fritz Polt, Jonas Fechner, Werner Pauer (2020): Quantitative experimental determination of evaporation influencing factors in single droplet levitation. International Journal of Heat and Mass Transfer, Volume 149, 2020.
- Junk, Malte (2019): Tropfenverdunstung im akustischen Levitator. Dissertation Universität Hamburg. Fachbereich Chemie der Fakultät für Mathematik, Informatik und Naturwissenschaften, Universität Hamburg 2019.
Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrasónicos de alto rendimiento de laboratorio a tamaño industrial.