Coarne cu ultrasunete sau sonde sunt utilizate pe scară largă pentru aplicații multiple de prelucrare a lichidelor, inclusiv omogenizare, dispersare, frezare umedă, emulsificare, extracție, dezintegrare, dizolvare, și de-aerare. Aflați elementele de bază despre coarne cu ultrasunete, sonde cu ultrasunete și aplicațiile lor.

Corn cu ultrasunete vs sonda cu ultrasunete

Adesea, termenul corn cu ultrasunete și sondă sunt utilizate alternativ și se referă la tija cu ultrasunete care transmite undele cu ultrasunete în lichid. Alți termeni care sunt utilizați pentru sonda cu ultrasunete sunt corn acustic, sonotrode, ghid de undă acustic, sau deget cu ultrasunete. Cu toate acestea, punct de vedere tehnic există o diferență între un corn cu ultrasunete și o sondă cu ultrasunete.
Ambele, corn și sondă, se referă la părți ale așa-numitei sonda de tip ultrasonicator. Cornul cu ultrasunete este partea metalică a traductorului cu ultrasunete, care devine excitat prin vibrații generate piezoelectric. Cornul cu ultrasunete vibrează la o anumită frecvență, de exemplu 20kHz, ceea ce înseamnă 20.000 de vibrații pe secundă. Titanul este materialul preferat pentru fabricarea de coarne cu ultrasunete datorită proprietăților sale excelente de transmisie acustică, rezistența sa robustă de oboseală, și duritatea suprafeței.

Sonda cu ultrasunete este, de asemenea, numit sonotrode sau deget cu ultrasunete. Este o tijă de metal, cel mai adesea realizate din titan, și filetate la cornul cu ultrasunete. Sonda cu ultrasunete este o parte esențială a procesorului cu ultrasunete, care transmite undele cu ultrasunete în mediul sonicat. Sonde cu ultrasunete / sonotrodes sunt în diferite forme (de exemplu, conice, cu vârf, conice, sau ca Cascatrode) disponibile. În timp ce titanul este materialul cel mai frecvent utilizat pentru sonde cu ultrasunete, există, de asemenea, sonotrode realizate din oțel inoxidabil, ceramică, sticlă și alte materiale disponibile.

Deoarece cornul cu ultrasunete și sonda sunt sub compresie constantă sau tensiune în timpul sonicare, selecția materialului de corn și sondă sunt cruciale. Aliaj de titan de înaltă calitate (grad 5) este considerat metalul cel mai fiabil, durabil și eficient pentru a rezista la stres, pentru a susține amplitudini mari pe perioade lungi de timp, și pentru a transmite proprietățile acustice și mecanice.

Ultrasonicators de înaltă performanță cea mai mare parte de lucru în intervalul de frecvență de 20-30kHz. La 20 kHz, sonda cu ultrasunete este de obicei o jumătate de lungime de undă tijă de rezonanță lungă, care se extinde în mod constant și se contractează de 20.000 de ori pe secundă. Mișcările de expansiune și contracție sunt transmise sub formă de ultrasunete de mare putere în mediul de proces, adică fluid sau dejecții lichide, pentru a îndeplini aplicații ar fi

• amestec cu ultrasunete de forfecare înaltă
• cu ultrasunete măcinarea umedă
• dispersia cu ultrasunete a nanoparticulelor
• Nano-emulsionare cu ultrasunete
• Extracția cu ultrasunete
• Dezintegrarea cu ultrasunete
• întreruperea celulelor cu ultrasunete și liză
• degazare cu ultrasunete și de-aerare
• sono-chimie (sono-sinteză, sono-catalizare)

funcționează power ultrasunete? – Principiul de lucru al cavitației acustice

Pentru aplicarea cu ultrasunete de înaltă performanță, ar fi omogenizarea, reducerea dimensiunii particulelor, dezintegrarea sau nano-dispersiile, ultrasunete de înaltă intensitate, de joasă frecvență este generată de un traductor cu ultrasunete și transmise prin corn cu ultrasunete și sondă (sonotrode) într-un lichid. Ultrasunete de mare putere este considerat ultrasunete în intervalul de 16-30kHz. Sonda cu ultrasunete se extinde și se contractă, de exemplu, la 20kHz, transmițând astfel 20.000 de vibrații pe secundă în mediu. În cazul în care undele ultrasonice de călătorie prin lichid, alternând de înaltă presiune (compresie) / joasă presiune (rarefaction / expansiune) cicluri de a crea cavități minute (bule de vid), care cresc pe mai multe cicluri de presiune. În timpul fazei de compresie a lichidului și bulelor, presiunea este pozitivă, în timp ce faza de rareșare produce un vid (presiune negativă.) În timpul ciclurilor de compresie-expansiune, cavitățile din lichid cresc până când ajung la o dimensiune, la care nu pot absorbi energie suplimentară. În acest moment, ei implodează violent. Implozia acestor cavități duce la diverse efecte extrem de energetice, care sunt cunoscute ca fenomen de cavitație acustică / ultrasonice. Cavitația acustică se caracterizează prin efecte multiple foarte energetice, care afectează lichidele, sistemele solide/lichide, precum și sistemele gaz/lichid. Zona de energie densă sau zona cavitațională este cunoscută sub numele de așa-numita zonă hot-spot, care este cea mai densă energetic în imediata vecinătate a sondei cu ultrasunete și scade cu o distanță tot mai mare de sonotrodă. Principalele caracteristici ale cavitației cu ultrasunete includ temperaturi și presiuni foarte ridicate care apar local și diferențialele respective, turbulențe, și streaming lichid. În timpul imploziei cavităților ultrasonice în punctele fierbinți cu ultrasunete, pot fi măsurate temperaturi de până la 5000 Kelvin, presiuni de până la 200 de atmosfere și jeturi lichide cu până la 1000 km/h. Aceste condiții deosebite de intens energetic contribuie la efectele sonomecanice și sonochimice care intensifică procesele și reacțiile chimice în diferite moduri.
Principalul impact al ultrasonication asupra lichidelor și slurries sunt următoarele:

• Forfecare înaltă: Forțele ultrasonice de forfecare perturba lichidele și sistemele lichid-solide provocând agitație intensă, omogenizare și transfer de masă.
• Impact: Jeturi lichide și streaming generate de cavitație cu ultrasunete accelera solide în lichide, ceea ce duce ulterior la coliziune interparticluar. Când particulele se ciocnesc la viteze foarte mari, ele se erodează, se sparg și se albesc și se dispersează fin, adesea până la nano-dimensiune. Pentru materia biologică, ar fi materialele vegetale, jeturile lichide de mare viteză și ciclurile de presiune alternativă perturbă pereții celulelor și eliberează materialul intracelular. Acest lucru duce la extracția foarte eficientă a compușilor bioactivi și la amestecarea omogenă a materiei biologice.
• Agitaţie: Sonicare provoacă turbulențe intense, forțele de forfecare și micro-circulație în lichid sau dejecții. Astfel, sonicare a intensifică întotdeauna transferul în masă și accelerează astfel reacțiile și procesele.

Omogenizatoare cu ultrasunete și mixere de forfecare înaltă sunt utilizate în aproape orice industrie de prelucrare, care funcționează cu lichide sau slurries. Forțele cavitaționale cu ultrasunete intense creează agitație intensă, forfecare, ruperea particulelor și transferul în masă. Astfel, lichidele sunt omogenizate, dispersate, emulsificate, extrase, dizolvate și/sau se inițiază reacții chimice. În general, ultrasonicare este un proces de intensificare a metodei care crește randamentul, îmbunătățește ratele de conversie și face procesele mai eficiente.
Aplicații cu ultrasunete comune în industrie sunt răspândite în multe ramuri ale alimentelor & pharma, chimie fină, energie & petrochimie, reciclare, biorefinerii etc. și includ următoarele:

• sinteza biodiesel cu ultrasunete
• omogenizarea cu ultrasunete a sucurilor de fructe
• producția cu ultrasunete de vaccinuri
• reciclarea bateriei cu ultrasunete Li-ion
• sinteza cu ultrasunete de nano-materiale
• Formularea cu ultrasunete a produselor farmaceutice
• nano-emulsificare cu ultrasunete a CBD
• extracția cu ultrasunete a plantelor
• pregătirea probelor cu ultrasunete în laboratoare
• degazificarea cu ultrasunete a lichidelor
• desulfurare cu ultrasunete de brut
• și multe altele ...

Coarne cu ultrasunete și sonde pentru aplicații de înaltă performanță

Hielscher Ultrasonics este producător de experiențe de lungă durată și distribuitor de ultrasonicators de mare putere, care sunt utilizate în întreaga lume pentru aplicații grele în multe industrii.
Cu procesoare cu ultrasunete în toate dimensiunile de la 50 wați la 16kW pe dispozitiv, sonde la diferite dimensiuni și forme, reactoare cu ultrasunete cu diferite volume și geometrii, Hielscher Ultrasonics are echipamentul potrivit pentru a configura configurarea cu ultrasunete ideală pentru aplicația dumneavoastră.
Tabelul de mai jos vă oferă o indicație a capacității de procesare aproximativă a ultrasonicators noastre: