Aplicação de ultrassom de potência usando chifres ultrassônicos

As trompas ou sondas ultrassônicas são amplamente utilizadas para múltiplas aplicações de processamento de líquidos, incluindo homogeneização, dispersão, moagem úmida, emulsificação, extração, desintegração, dissolução e desaeração. Aprenda o básico sobre buzinas ultrassônicas, sondas ultrassônicas e suas aplicações.

Buzina ultrassônica vs sonda ultrassônica

Freqüentemente, o termo buzina ultrassônica e sonda são usados de forma intercambiável e referem-se à haste ultrassônica que transmite as ondas de ultrassom para o líquido. Outros termos usados para a sonda ultrassônica são buzina acústica, sonotrodo, guia de onda acústico ou dedo ultrassônico. No entanto, tecnicamente, há uma diferença entre uma buzina ultrassônica e uma sonda ultrassônica.
Ambos, chifre e sonda, referem-se a partes do chamado ultrassom do tipo sonda. A buzina ultrassônica é a parte metálica do transdutor ultrassônico, que é excitada por meio de vibrações geradas piezoeletricamente. A buzina ultrassônica vibra em uma determinada frequência, por exemplo, 20kHz, o que significa 20.000 vibrações por segundo. O titânio é o material preferido para a fabricação de buzinas ultrassônicas devido às suas excelentes propriedades de transmissão acústica, sua robusta resistência à fadiga e dureza superficial.

A sonda ultrassônica também é chamada de sonotrodo ou dedo ultrassônico. É uma haste de metal, na maioria das vezes feita de titânio, e rosqueada na buzina ultrassônica. A sonda ultrassônica é uma parte essencial do processador ultrassônico, que transmite as ondas de ultrassom para o meio sonicado. As sondas/sonotrodos ultrassônicos estão disponíveis em várias formas (por exemplo, cônicas, com ponta, cônicas ou como Cascatrode). Embora o titânio seja o material mais comumente usado para sondas ultrassônicas, também existem sonotrodos feitos de aço inoxidável, cerâmica, vidro e outros materiais disponíveis.

Como a buzina e a sonda ultrassônicas estão sob constante compressão ou tensão durante a sonicação, a seleção do material da buzina e da sonda é crucial. A liga de titânio de alta qualidade (grau 5) é considerada o metal mais confiável, durável e eficaz para suportar tensões, sustentar altas amplitudes por longos períodos de tempo e transmitir as propriedades acústicas e mecânicas.

• Mistura ultrassônica de alto cisalhamento
• de moagem por via úmida ultrassônica
• Dispersão ultrassônica de nanopartículas
• nanoemulsificação ultrassônica
• Extração ultrassônica
• desintegração ultrassônica
• Ruptura e lise celular ultrassônica
• Desgaseificação e desaeração ultrassônicas
• sono-química (sono-síntese, sono-catálise)

Como funciona o ultrassom de potência? – O princípio de funcionamento da cavitação acústica

Para aplicações ultrassônicas de alto desempenho, como homogeneização, redução do tamanho das partículas, desintegração ou nanodispersões, o ultrassom de alta intensidade e baixa frequência é gerado por um transdutor de ultrassom e transmitido via buzina ultrassônica e sonda (sonotrodo) em um líquido. O ultrassom de alta potência é considerado ultrassom na faixa de 16-30kHz. A sonda de ultrassom se expande e se contrai, por exemplo, a 20kHz, transmitindo assim, respectivamente, 20.000 vibrações por segundo para o meio. Quando as ondas ultrassônicas viajam através do líquido, ciclos alternados de alta pressão (compressão) / baixa pressão (rarefação / expansão) criam cavidades minúsculas (bolhas de vácuo), que crescem ao longo de vários ciclos de pressão. Durante a fase de compressão do líquido e das bolhas, a pressão é positiva, enquanto a fase de rarefação produz um vácuo (pressão negativa). Durante os ciclos de compressão-expansão, as cavidades no líquido crescem até atingirem um tamanho no qual não podem absorver mais energia. Nesse ponto, eles implodem violentamente. A implosão dessas cavidades resulta em vários efeitos altamente energéticos, que são conhecidos como o fenômeno da cavitação acústica / ultrassônica. A cavitação acústica é caracterizada por múltiplos efeitos altamente energéticos, que afetam líquidos, sistemas sólidos/líquidos, bem como sistemas gás/líquidos. A zona densa de energia ou zona de cavitação é conhecida como a chamada zona de ponto quente, que é mais densa em energia nas proximidades da sonda ultrassônica e diminui com o aumento da distância do sonotrodo. As principais características da cavitação ultrassônica incluem temperaturas e pressões muito altas que ocorrem localmente e respectivos diferenciais, turbulências e fluxo de líquido. Durante a implosão de cavidades ultrassônicas em pontos quentes ultrassônicos, temperaturas de até 5000 Kelvin, pressões de até 200 atmosferas e jatos de líquido com até 1000km/h podem ser medidas. Essas excelentes condições de energia intensa contribuem para efeitos sonomecânicos e sonoquímicos que intensificam processos e reações químicas de várias maneiras.
O principal impacto da ultrassonografia em líquidos e lamas é o seguinte:

• Alto cisalhamento: As forças ultrassônicas de alto cisalhamento interrompem líquidos e sistemas líquido-sólido, causando intensa agitação, homogeneização e transferência de massa.
• Impacto: Jatos de líquido e fluxo gerados pela cavitação ultrassônica aceleram sólidos em líquidos, o que leva subsequentemente à colisão interparticluar. Quando as partículas colidem em velocidades muito altas, elas corroem, quebram e são moídas e dispersas finamente, muitas vezes até o tamanho nanométrico. Para matéria biológica, como materiais vegetais, os jatos de líquido de alta velocidade e os ciclos de pressão alternados rompem as paredes celulares e liberam o material intracelular. Isso resulta em uma extração altamente eficiente de compostos bioativos e na mistura homogênea de matéria biológica.
• Agitação: A ultrassonografia causa turbulências intensas, forças de cisalhamento e micromovimento no líquido ou na pasta. Assim, a sonicação sempre intensifica a transferência de massa e acelera as reações e processos.

• síntese ultrassônica de biodiesel
• Homogeneização ultrassônica de sucos de frutas
• Produção ultrassônica de vacinas
• Reciclagem ultrassônica de baterias de íons de lítio
• síntese ultrassônica de nanomateriais
• Formulação ultrassônica de produtos farmacêuticos
• nanoemulsificação ultrassônica de CBD
• Extração ultrassônica de botânicos
• Preparação de amostras ultrassônicas em laboratórios
• Desgaseificação ultrassônica de líquidos
• Dessulfurização ultrassônica de petróleo bruto
• e muitos mais ...

Buzinas e sondas ultrassônicas para aplicações de alto desempenho

A Hielscher Ultrasonics é fabricante e distribuidora de longa data de ultrassônicos de alta potência, que são usados em todo o mundo para aplicações pesadas em muitas indústrias.
Com processadores ultrassônicos em todos os tamanhos de 50 watts a 16kW por dispositivo, sondas em vários tamanhos e formas, reatores ultrassônicos com diferentes volumes e geometrias, a Hielscher Ultrasonics tem o equipamento certo para configurar a configuração ultrassônica ideal para sua aplicação.
A tabela abaixo fornece uma indicação da capacidade aproximada de processamento de nossos ultrassônicos: