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Levitação ultrassônica e suas aplicações industriais

A levitação ultrassônica/acústica é uma opção comprovada industrialmente para rolamentos sem contato de materiais sensíveis leves, bem como para manuseio de amostras sem contato. Saiba mais sobre a levitação ultrassônica e suas aplicações na indústria e na ciência!

Aplicações da levitação ultrassônica

A levitação acústica é um método cientificamente comprovado e adotado industrialmente para manuseio de materiais sem contato e posicionamento de amostras. A levitação ultrassônica como método de manuseio sem contato é usada para manipular peças sensíveis e frágeis à superfície, por exemplo, wafers, microchips ou placas de vidro finas, sem impacto mecânico. Devido ao manuseio sem contato de materiais e amostras, a levitação ultrassônica foi implementada em aplicações industriais, científicas e analíticas.
Na indústria, a levitação ultrassônica é usada como método confiável para processamento sem contato e sem recipiente de microchips e outros objetos pequenos e delicados, que são propensos a danos até mesmo por contato físico leve. Outro campo de aplicação é o manuseio de materiais de pureza muito alta ou reagentes químicos, que seriam influenciados por um recipiente.

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A levitação ultrassônica / acústica é usada para manuseio sem contato de materiais sensíveis (por exemplo, microchips, amostras analíticas, substâncias de alta pureza)

Posições de levitação de esferas de polipropileno em um levitador acústico de eixo único. Levitador/sonotrodo na parte superior, refletor na parte inferior (b) H1 = 7,45 mm; (d) H3 = 21,55 mm
(estudo e fotos: © Andrade et al. 2018)

Neste vídeo, usamos levitação acústica para suspender partículas sólidas e líquidas no ar. Usamos um Hielscher UP400St - um homogeneizador ultrassônico padrão de 400 Watts a uma amplitude de 100%. Para levitação, uma amplitude alta funciona melhor do que uma amplitude baixa. O sonotrodo usado neste experimento produz oscilações de 118 micrômetros na configuração de 100%. A Hielscher fornece levitadores de nível comercial para o levantamento sem contato de microchips e para o transporte sem contato de wafers de silício ou monitores de telefones celulares. Usando uma configuração de levitador, você pode crescer e estudar cristais flutuantes ou reagir microgotículas enquanto estiver suspenso no ar.

Levitação Ultrassônica - Demonstração de Onda Estacionária Ultrassônica - UP400St

Miniatura do vídeo

levitação ultrassônica para manuseio sem contato de

  • objetos sensíveis a forças físicas (por exemplo, microchips)
  • materiais não condutores
  • materiais de alta pureza
  • reagentes químicos
  • amostras biológicas e analíticas
  • proteínas para cristalografia

Princípio de funcionamento da levitação ultrassônica

A levitação acústica descreve a aplicação de ondas de ultrassom a um fluido, geralmente gás (por exemplo, ar). Quando a onda de ultrassom viaja através do gás, a onda sonora contrabalança a força da gravidade – com o resultado de que os objetos podem pairar sem suporte no ar. Este efeito de um objeto flutuante em uma onda sonora requer o fenômeno de uma onda estacionária. Uma onda estacionária é formada quando duas ondas idênticas vindas de direções opostas se sobrepõem. Portanto, em uma configuração de levitação acústica, um transdutor ultrassônico é usado para criar ondas de pressão longitudinais e um refletor do outro lado reflete as ondas, de modo que a onda idêntica vinda de ambos os lados possa se sobrepor e formar ondas estacionárias.

Esquema do levitador ultrassônico e do posicionamento de uma pequena esfera rígida no nó.

Levitação acústica de uma pequena esfera rígida no nó de pressão de uma onda estacionária plana estabelecida entre um transdutor/levitador e um refletor.
(estudo e fotos: © Andrade et al. 2018)

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Nós e Antinós: A onda de pressão longitudinal do ultrassom intenso permite pairar sem contato no ar. Essas ondas de ultrassom estacionárias têm nós definidos. Um nó é a área de pressão mínima, enquanto um antinó é definido como a área de pressão máxima. Os nós de uma onda estacionária estão no centro da levitação acústica.
Os levitadores ultrassônicos funcionam posicionando o campo de ondas estacionárias sobre uma sonda ultrassônica (ou seja, sonotrodo) e o uso de um refletor.

Equipamento de levitação ultrassônica

A Hielscher Ultrasonics é de longa data e tem experiência no projeto, fabricação e distribuição de equipamentos de ultrassom de alta qualidade e alto desempenho. Para levitação acústica, Hielscher oferece dois tipos padrão de levitadores:
 

Processador ultrassônico UIP500hdT para aplicações de levitação acústica.O processador ultrassônico UP400St é um sistema compacto, onde o transdutor e o gerador são combinados em uma carcaça robusta. O potente levitador UIP500hdT de 500 watts possui transdutor e gerador separados. Com seu transdutor de grau IP64, o UIP500hdT é ideal para a instalação em ambientes exigentes.
Os levitadores ultrassônicos podem ser instalados como unidade única ou em paralelo e são capazes de operar em linhas de processamento de alta velocidade e alto rendimento.
Para requisitos específicos, a Hielscher Ultrasonics também projeta e fabrica levitadores personalizados e proprietários.

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Neste vídeo, a levitação acústica de gotículas de água é demonstrada. A onda de ultrassom estacionária mantém as pequenas gotículas de água suspensas no ar. O equipamento de levitação ultrassônica é usado como método de manuseio de material e amostra sem contato.

Levitação ultrassônica de gotículas

Miniatura do vídeo



Literatura / Referências


High performance ultrasonics! Hielscher's product range covers the full spectrum from the compact lab ultrasonicator over bench-top units to full-industrial ultrasonic systems.

A Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrassônicos de alto desempenho de labrador Para tamanho industrial.

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