Levitação Ultrassônica e suas Aplicações Industriais

A levitação ultrassônica/acústica é uma opção com comprovação industrial para o rolamento sem contato de materiais sensíveis ao peso leve, bem como para o manuseio de amostras sem contato. Saiba mais sobre levitação ultrassônica e suas aplicações na indústria e ciência!

Aplicações da Levitação Ultrassônica

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

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

Posições de levitação de esferas de polipropileno em um levitador acústico de um eixo único. Levitador / sonotrode 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 é demonstrada a levitação acústica das gotículas de água. A onda de ultrassom em pé mantém as pequenas gotículas de água suspensas no ar. O equipamento de levitação ultrassônica é usado como método de material livre de contato e manuseio de amostras.

Levitação ultrassônica de gotículas

Levitação ultrassônica para manipulação sem contato de

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

Princípio de Trabalho 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 contra-equilibra a força da gravidade – com o resultado de que os objetos podem pairar sem suporte no ar. Este efeito de um objeto flutuante livre em uma onda sonora requer o fenômeno de uma onda em pé. Uma onda em pé é formada quando duas ondas idênticas que vêm das direções opostas superpondem uma com a outra. 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 pode sobrepor e formar uma onda permanente.

Esquemático de levitador ultrassônico e o posicionamento de uma pequena esfera rígida no nó.

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

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Nodes e Antinodes: A onda de pressão longitudinal do ultrassom intenso permite pairar sem contato no ar. Tais ondas de ultrassom em pé definiram nódulos. Um nó é a área de pressão mínima, enquanto um antinodo é definido como a área de pressão máxima. Os nós de uma onda em pé estão no centro da levitação acústica.
Os levitadores ultrassônicos trabalham posicionando o campo de onda em pé sobre uma sonda ultrassônica (ou seja, sonotrode) e o uso de um refletor.

Equipamento de levitação ultrassônica

Hielscher Ultrasonics é de longa data e bem experiente no design, fabricação e distribuição de equipamentos de ultrassom de alta qualidade e alto desempenho. Para levitação acústica, a Hielscher oferece dois tipos padrão de levitadores:
UP400St – um levitator de 24kHz, 400W
UIP500hdT – um levitator de 20kHz, 500W
Processador ultrassônico UIP500hdT para aplicações de levitação acústica.O processador ultrassônico UP400St é um sistema compacto, onde transdutor e gerador são combinados em uma carcaça robusta. O poderoso levitator UIP500hdT de 500 watts possui transdutor e gerador separados. Com seu transdutor ip64 de grau, o UIP500hdT é ideal para a instalação em ambientes exigentes.
Levitadores ultrassônicos podem ser instalados como unidade única ou em paralelo e são capazes de operar em linhas de processamento de alta velocidade e de alta produtividade.
Para requisitos específicos, a Hielscher Ultrasonics projeta e fabrica levitadores personalizados e proprietários, também.

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Literatura / Referências


Ultrassônicos de alto desempenho! A gama de produtos da Hielscher abrange todo o espectro desde o ultrassônico de laboratório compacto sobre unidades de bancada até sistemas ultrassônicos industriais completos.

Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrassônicos de alto desempenho de Laboratório para tamanho industrial.