Cavitazione ultrasonica nei liquidi

Le onde ultrasoniche di ultrasuoni ad alta intensità generano la cavitazione nei liquidi. La cavitazione provoca localmente effetti estremi, come getti di liquidi fino a 1000 km/h, pressioni fino a 2000atm e temperature fino a 5000 Kelvin.

A proposito della cavitazione ultrasonica

Ultrasonic cavitation at Hielscher's UIP1000hdT (1kW) ultrasonicator
Nel caso di liquidi sonori ad alta intensità, le onde sonore che si propagano nel liquido si traducono in cicli alternati di alta (compressione) e bassa pressione (rarefazione), con frequenze variabili a seconda della frequenza. Durante il ciclo a bassa pressione, onde ultrasoniche ad alta intensità creano piccole bolle di vuoto o vuoti nel liquido. Quando le bolle raggiungono un volume al quale non possono più assorbire energia, collassano violentemente durante un ciclo ad alta pressione. Questo fenomeno è chiamato cavitazione. Durante l'implosione si raggiungono localmente temperature (ca. 5.000K) e pressioni (ca. 2.000atm) molto elevate. L'implosione della bolla di cavitazione produce anche getti di liquido fino a 280m/s di velocità.

Cavitazione acustica o ultrasonica: crescita e implosione delle bolle

La cavitazione acustica (generata dagli ultrasuoni di potenza) crea localmente condizioni estreme, i cosiddetti effetti sonomeccanici e sicochimici. Grazie a questi effetti, la sonicazione promuove reazioni chimiche che portano a rendimenti più elevati, a una maggiore velocità di reazione, a nuovi percorsi e a una migliore efficienza complessiva.

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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.

Cavitazione ultrasonica sulla sonda a cascata dell'ultrasuonatore UIP1000hdT (1000 watt, 20kHz) in un reattore di vetro.

Video della cavitazione acustica

Questo video mostra la cavitazione ultrasonica / acustica in acqua - generata dall'Hielscher UIP1000. La cavitazione ad ultrasuoni è utilizzata per molte applicazioni con liquidi.

Cavitazione ad ultrasuoni in liquidi utilizzando l'UIP1000

Applicazioni della cavitazione

Gli effetti possono essere utilizzati nei liquidi per molti processi, ad esempio per la miscelazione e miscelazione, deagglomerazione, Fresatura e disintegrazione delle cellule. In particolare, l'elevato taglio dei getti di liquido provoca fessure sulla superficie delle particelle e collisioni tra le particelle.

Esfoliazione ultrasonica del grafene in acqua

Sequenza ad alta velocità (da a a f) di fotogrammi che illustrano l'esfoliazione sono-meccanica di un fiocco di grafite in acqua utilizzando l'UP200S, un ultrasuonatore da 200W con sonotrodo da 3 mm. Le frecce mostrano il luogo della spaccatura (esfoliazione) con le bolle di cavitazione che penetrano nella spaccatura.
© Tyurnina et al. 2020 (CC BY-NC-ND 4.0 https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/)

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La tabella seguente fornisce un'indicazione della capacità di lavorazione approssimativa dei nostri ultrasuoni:

Volume di batch Portata Dispositivi raccomandati
1 - 500mL 10 - 200mL/min UP100H
10 - 2000mL 20 - 400mL/min UP200Ht, UP400St
0,1 - 20L 0,2 - 4L/min UIP2000hdT
10 - 100L 2 - 10L/min UIP4000hdT
n.a. 10 - 100L/min UIP16000
n.a. più grande cluster di UIP16000
Gli omogeneizzatori a ultrasuoni ad alto potere di taglio sono utilizzati in laboratorio, su banco, in processi pilota e industriali.

Hielscher Ultrasonics produce omogeneizzatori ad ultrasuoni ad alte prestazioni per applicazioni di miscelazione, dispersione, emulsificazione ed estrazione in laboratorio, pilota e su scala industriale.



Letteratura / Referenze


Ultrasuoni ad alte prestazioni! La gamma di prodotti Hielscher copre l'intero spettro, dagli ultrasuoni da laboratorio compatti alle unità da banco fino ai sistemi a ultrasuoni industriali completi.

Hielscher Ultrasonics produce omogeneizzatori a ultrasuoni ad alte prestazioni da laboratorio a dimensione industriale.