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.
- objectos sensíveis a forças físicas (por exemplo, microchips)
- materiais não condutores
- materiais de elevada pureza
- reagentes químicos
- amostras biológicas e analíticas
- proteínas para cristalografia
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.
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 imagens: © Andrade et al. 2018)
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.
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Literatura / Referências
- Andrade, M.A.B.; Pérez, N.; Adamowski, J.C. (2018): Review of Progress in Acoustic Levitation. Brazilian Journal of Physics 48, 2018. 190–213.
- Malte Junk, Jörn Hinrichs, Fritz Polt, Jonas Fechner, Werner Pauer (2020): Quantitative experimental determination of evaporation influencing factors in single droplet levitation. International Journal of Heat and Mass Transfer, Volume 149, 2020.
- Junk, Malte (2019): Tropfenverdunstung im akustischen Levitator. Dissertation Universität Hamburg. Fachbereich Chemie der Fakultät für Mathematik, Informatik und Naturwissenschaften, Universität Hamburg 2019.
A Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultra-sónicos de alto desempenho a partir de laboratório para dimensão industrial.


