Levitação ultra-sónica e suas aplicações industriais

A levitação ultra-sónica / acústica é uma opção comprovada industrialmente para o suporte sem contacto de materiais sensíveis de peso leve, bem como para o manuseamento de amostras sem contacto. Saiba mais sobre a levitação ultra-sónica e as suas aplicações na indústria e na ciência!

Aplicações da levitação ultra-sónica

A levitação acústica é um método cientificamente comprovado e industrialmente adotado para o manuseamento de materiais sem contacto e para o posicionamento de amostras. A levitação ultra-sónica, como método de manuseamento sem contacto, é utilizada para manipular peças frágeis e sensíveis à superfície, por exemplo, bolachas, microchips ou placas de vidro finas, sem impacto mecânico. Devido ao manuseamento sem contacto de materiais e amostras, a levitação ultra-sónica tem sido implementada em aplicações industriais, científicas e analíticas.
Na indústria, a levitação ultra-sónica é utilizada como um método fiável para o processamento sem contacto e sem recipiente de microchips e outros objectos pequenos e delicados, que são susceptíveis de serem danificados mesmo por um ligeiro contacto físico. Outro campo de aplicação é o manuseamento de materiais de pureza muito elevada ou de reagentes químicos, que seriam influenciados por um recipiente.

Na química, as gotículas em suspensão podem funcionar como recipientes de reação em miniatura, permitindo aos investigadores combinar reagentes e observar as reações, reduzindo simultaneamente a contaminação proveniente das paredes dos recipientes.
Os cientistas especializados em materiais utilizam amostras em levitação para estudar a evaporação, a cristalização e a formação de partículas, enquanto os investigadores analíticos podem examinar amostras em suspensão através de técnicas ópticas e espectroscópicas.
Os sistemas especializados de manuseamento acústico também facilitam o transporte de componentes frágeis, incluindo pastilhas de silício, microchips e vidro fino, com menor risco de danos mecânicos.
No caso dos robôs líquidos com blindagem de partículas (PBs), a levitação acústica constitui uma linha de investigação promissora: o transporte de reagentes encapsulados, a aproximação de gotículas para reações controladas e a transferência de robôs entre estações de processamento, minimizando ao mesmo tempo o contacto com as superfícies circundantes. Saiba mais sobre a levitação acústica de robôs líquidos blindados com partículas!
 

Princípio de funcionamento da levitação ultra-sónica

A levitação acústica descreve a aplicação de ondas de ultra-sons a um fluido, normalmente gás (por exemplo, ar). Quando a onda de ultra-sons atravessa o gás, a onda sonora contrabalança a força da gravidade – o que faz com que os objectos possam pairar sem apoio no ar. Este efeito de um objeto a flutuar livremente numa onda sonora requer o fenómeno de onda estacionária. Uma onda estacionária forma-se quando duas ondas idênticas provenientes de direcções opostas se sobrepõem uma à outra. Por conseguinte, numa configuração de levitação acústica, é utilizado um transdutor ultrassónico para criar ondas de pressão longitudinais e um refletor do outro lado reflecte as ondas, de modo a que as ondas idênticas provenientes de ambos os lados se sobreponham e formem uma onda estacionária.

Nós e Antinós: A onda de pressão longitudinal de ultra-sons intensos permite pairar no ar sem contacto. Estas ondas de ultra-sons permanentes têm nós definidos. Um nó é a zona de pressão mínima, enquanto que um antinó é definido como a zona de pressão máxima. Os nós de uma onda estacionária encontram-se no centro da levitação acústica.
Os levitadores ultra-sónicos funcionam através do posicionamento do campo de ondas estacionárias sobre uma sonda ultra-sónica (ou seja, sonotrodo) e da utilização de um refletor.

Equipamento de levitação ultra-sónica

A Hielscher Ultrasonics tem uma longa experiência na conceção, fabrico e distribuição de equipamento de ultra-sons de alta qualidade e elevado desempenho. Para a levitação acústica, a Hielscher oferece dois tipos padrão de levitadores:
 

• UP100H – um levitador de 30kHz, 100 W
• UP400ST – um levitador de 24kHz, 400W
• UIP500hdt – um levitador de 20kHz e 500W

O processador ultrassónico UP400St é um sistema compacto, em que o transdutor e o gerador estão combinados numa caixa robusta. O potente levitador de 500 watts UIP500hdT possui transdutor e gerador separados. Com o seu transdutor de grau IP64, o UIP500hdT é ideal para a instalação em ambientes exigentes.
Os levitadores ultra-sónicos podem ser instalados como unidade única ou em paralelo e são capazes de funcionar em linhas de processamento de alta velocidade e alto rendimento.
Para requisitos específicos, a Hielscher Ultrasonics concebe e fabrica também levitadores personalizados e proprietários.

Literatura / Referências