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.
- 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.
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:
- UP100H – um levitador de 30kHz, 100 W
- UP400St – um levitador de 24kHz, 400W
- UIP500hdT – um levitador de 20kHz, 500W
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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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.
- Junk, Malte (2019): Tropfenverdunstung im akustischen Levitator. Dissertation Universität Hamburg. Fachbereich Chemie der Fakultät für Mathematik, Informatik und Naturwissenschaften, Universität Hamburg 2019.