Penerapan Power Ultrasound menggunakan Tanduk Ultrasonik

Tanduk atau probe ultrasonik digunakan secara luas untuk aplikasi pemrosesan cairan bermacam-macam termasuk homogenisasi, pendispersian, penggilingan basah, pengemulsi, ekstraksi, disintegrasi, pelarutan, dan de-aerasi. Pelajari dasar-dasar tentang tanduk ultrasonik, probe ultrasonik dan aplikasinya.

Tanduk Ultrasonik vs Probe Ultrasonik

Seringkali, istilah klakson dan probe ultrasonik digunakan secara bergantian dan mengacu pada batang ultrasonik yang mentransmisikan gelombang ultrasound ke dalam cairan. Istilah lain yang digunakan untuk probe ultrasonik adalah tanduk akustik, sonotrode, pandu gelombang akustik, atau jari ultrasonik. Namun, secara teknis ada perbedaan antara tanduk ultrasonik dan probe ultrasonik.
Keduanya, klakson dan probe, mengacu pada bagian dari apa yang disebut ultrasonicator tipe probe. Tanduk ultrasonik adalah bagian logam dari transduser ultrasonik, yang tereksitasi melalui getaran yang dihasilkan piezoelektrik. Tanduk ultrasonik bergetar pada frekuensi tertentu, misalnya 20kHz, yang berarti 20.000 getaran per detik. Titanium adalah bahan yang disukai untuk pembuatan tanduk ultrasonik karena sifat transmisi akustiknya yang sangat baik, kekuatan lelahnya yang kuat, dan kekerasan permukaan.

Probe ultrasonik juga disebut sonotrode atau jari ultrasonik. Ini adalah batang logam, paling sering terbuat dari titanium, dan diulirkan ke tanduk ultrasonik. Probe ultrasonik adalah bagian penting dari prosesor ultrasonik, yang mentransmisikan gelombang ultrasound ke media sonikasi. Probe ultrasonik / sonotrodes tersedia dalam berbagai bentuk (misalnya berbentuk kerucut, berujung, meruncing, atau sebagai Cascatrode). Sementara titanium adalah bahan yang paling umum digunakan untuk probe ultrasonik, ada juga sonotrode yang terbuat dari stainless steel, keramik, kaca, dan bahan lain yang tersedia.

Karena tanduk dan probe ultrasonik berada di bawah kompresi atau tegangan konstan selama sonikasi, pemilihan material tanduk dan probe sangat penting. Paduan titanium berkualitas tinggi (kelas 5) dianggap sebagai logam yang paling andal, tahan lama, dan efektif untuk menahan tekanan, untuk mempertahankan amplitudo tinggi dalam jangka waktu yang lama, dan untuk mentransmisikan sifat akustik dan mekanik.

Ultrasonicator berkinerja tinggi sebagian besar bekerja dalam rentang frekuensi 20-30kHz. Pada 20 kHz, probe ultrasonik biasanya merupakan batang resonansi panjang setengah panjang gelombang, yang terus mengembang dan berkontraksi 20.000 kali per detik. Gerakan ekspansi dan kontraksi ditransmisikan sebagai ultrasound berdaya tinggi ke dalam media proses, yaitu cairan atau bubur, untuk memenuhi aplikasi seperti

• pencampuran geser tinggi ultrasonik
• penggilingan basah ultrasonik
• dispersi ultrasonik partikel nano
• nano-emulsifikasi ultrasonik
• Ekstraksi Ultrasonik
• Ultrasonik disintegrasi
• gangguan dan lisis sel ultrasonik
• degassing ultrasonik dan de-aerasi
• sono-kimia (sono-sintesis, sono-katalisis)

Bagaimana Cara Kerja Power Ultrasound – Prinsip Kerja Kavitasi Akustik

Untuk aplikasi ultrasonik berkinerja tinggi seperti homogenisasi, pengurangan ukuran partikel, disintegrasi atau dispersi nano, ultrasound frekuensi rendah intensitas tinggi dihasilkan oleh transduser ultrasound dan ditransmisikan melalui klakson dan probe ultrasonik (sonotrode) ke dalam cairan. Ultrasonografi berdaya tinggi dianggap sebagai ultrasound dalam kisaran 16-30kHz. Probe ultrasound mengembang dan berkontraksi misalnya, pada 20kHz, sehingga mentransmisikan masing-masing 20.000 getaran per detik ke dalam medium. Ketika gelombang ultrasonik bergerak melalui cairan, siklus tekanan tinggi (kompresi) / tekanan rendah (rarefaction / ekspansi) bergantian menciptakan rongga kecil (gelembung vakum), yang tumbuh selama beberapa siklus tekanan. Selama fase kompresi cairan dan gelembung, tekanannya positif, sedangkan fase rarefaction menghasilkan vakum (tekanan negatif.) Selama siklus kompresi-ekspansi, rongga dalam cairan tumbuh sampai mencapai ukuran, di mana mereka tidak dapat menyerap energi lebih lanjut. Pada titik ini, mereka meledak dengan keras. Ledakan rongga tersebut menghasilkan berbagai efek yang sangat energik, yang dikenal sebagai fenomena kavitasi akustik / ultrasonik. Kavitasi akustik ditandai dengan berbagai efek yang sangat energik, yang berdampak pada cairan, sistem padat/cair serta sistem gas/cair. Zona padat energi atau zona kavitasi dikenal sebagai apa yang disebut zona titik panas, yang paling padat energi di sekitar probe ultrasonik dan menurun dengan bertambahnya jarak dari sonotrode. Karakteristik utama kavitasi ultrasonik meliputi suhu dan tekanan yang sangat tinggi yang terjadi secara lokal dan masing-masing diferensial, turbulensi, dan aliran cairan. Selama ledakan rongga ultrasonik di titik panas ultrasonik, suhu hingga 5000 Kelvin, tekanan hingga 200 atmosfer dan jet cair hingga 1000km / jam dapat diukur. Kondisi intensitas energi yang luar biasa ini berkontribusi pada efek sonomekanik dan sonokimia yang mengintensifkan proses dan reaksi kimia dengan berbagai cara.
Dampak utama ultrasonikasi pada cairan dan bubur adalah sebagai berikut:

• Geser tinggi: Gaya geser tinggi ultrasonik mengganggu cairan dan sistem cair-padat yang menyebabkan agitasi intens, homogenisasi, dan perpindahan massa.
• Dampak: Jet cair dan aliran yang dihasilkan oleh kavitasi ultrasonik mempercepat padatan dalam cairan, yang selanjutnya menyebabkan tabrakan interpartis. Ketika partikel bertabrakan dengan kecepatan yang sangat tinggi, mereka terkikis, pecah dan digiling dan tersebar halus, seringkali hingga ukuran nano. Untuk materi biologis seperti bahan tanaman, jet cairan berkecepatan tinggi dan siklus tekanan bergantian mengganggu dinding sel dan melepaskan bahan intraseluler. Hal ini menghasilkan ekstraksi senyawa bioaktif yang sangat efisien dan pencampuran materi biologis yang homogen.
• Agitasi: Ultrasonikasi menyebabkan turbulensi yang intens, gaya geser dan gerakan mikro dalam cairan atau bubur. Dengan demikian, sonikasi selalu mengintensifkan perpindahan massa dan mempercepat reaksi dan proses.

Homogenizer ultrasonik dan mixer geser tinggi digunakan di hampir semua industri pengolahan, yang bekerja dengan cairan atau bubur. Gaya kavitasi ultrasonik yang intens menciptakan agitasi yang intens, geser, kerusakan partikel dan perpindahan massa. Dengan demikian, cairan dihomogenisasi, terdispersi, diemulsi, diekstraksi, dilarutkan dan/atau reaksi kimia dimulai. Secara keseluruhan, ultrasonikasi adalah metode intensifikasi proses yang meningkatkan hasil, meningkatkan tingkat konversi dan membuat proses lebih efisien.
Aplikasi ultrasonik umum di industri tersebar di banyak cabang makanan & farmasi, kimia halus, energi & petrokimia, daur ulang, biorefinery, dll. dan termasuk yang berikut:

• sintesis biodiesel ultrasonik
• homogenisasi ultrasonik jus buah
• produksi vaksin ultrasonik
• daur ulang baterai Li-ion ultrasonik
• sintesis ultrasonik bahan nano
• formulasi ultrasonik obat-obatan
• nano-emulsifikasi ultrasonik CBD
• ekstraksi ultrasonik tumbuhan
• Persiapan sampel ultrasonik di laboratorium
• degasifikasi ultrasonik cairan
• desulfurisasi ultrasonik minyak mentah
• dan banyak lagi ...

Tanduk dan Probe Ultrasonik untuk Aplikasi Berkinerja Tinggi

Hielscher Ultrasonics adalah produsen dan distributor ultrasonicator berdaya tinggi yang berpengalaman lama, yang digunakan di seluruh dunia untuk aplikasi tugas berat di banyak industri.
Dengan prosesor ultrasonik dalam semua ukuran dari 50 watt hingga 16kW per perangkat, probe pada berbagai ukuran dan bentuk, reaktor ultrasonik dengan volume dan geometri yang berbeda, Hielscher Ultrasonics memiliki peralatan yang tepat untuk mengonfigurasi pengaturan ultrasonik yang ideal untuk aplikasi Anda.
Tabel di bawah ini memberi Anda indikasi perkiraan kapasitas pemrosesan ultrasonikator kami: