Ultrazvučni rogovi ili sonde se široko koriste za aplikacije za obradu tečnosti, uključujući homogenizaciju, raspršivanje, mokro mlevenje, emulziju, vađenje, dezintegraciju, rastvaranje i de-aeraciju. Saznajte osnove o ultrazvučnim rogovima, ultrazvučnim sondama i njihovoj primeni.

Ultrazvučni rog protiv ultrazvučne sonde

Često se termin ultrazvučni rog i sonda koriste zamenljivo i odnose se na ultrazvučnu šipku koja prenosi ultrazvučne talase u tečnost. Drugi termini koji se koriste za ultrazvučnu sondu su akustični rog, sonotrod, akustični talasni prst ili ultrazvučni prst. Međutim, tehnički postoji razlika između ultrazvučnog roga i ultrazvučne sonde.
I jedno i drugo, rog i sonda, odnose se na delove takozvanog ultrazvučnog tipa sonde. Ultrazvučni rog je metalni deo ultrazvučnog transduktora, koji se uzbuđuje putem piezoelektrički generisanih vibracija. Ultrazvučni rog vibrira na određenoj frekvenciji, npr. 20kHz, što znači 20.000 vibracija u sekundi. Titanijum je poželjan materijal za izradu ultrazvučnih rogova zbog odličnih akustičnih osobina prenosa, njegove robusne snage umora i površinske tvrdoće.

Ultrazvučna sonda se naziva i sonotrode ili ultrazvučni prst. To je metalna šipka, najčešće napravljena od titanijuma, i od konca do ultrazvučnog roga. Ultrazvučna sonda je neizostavni deo ultrazvučnog procesora, koji prenosi ultrazvučne talase u sonični medijum. Ultrazvučne sonotrode / sonotrodi su u raznim oblicima (npr. konusni, nagnuti, zalepljeni ili kao Kaskatorod) dostupni. Dok je titanijum materijal koji se najčešće koristi za ultrazvučne sonde, tu su i sonotrode napravljene od nerđajućeg čelika, keramike, stakla i drugih dostupnih materijala.

Pošto su ultrazvučni rog i sonda pod stalnom kompresijom ili napetost tokom sonikacije, materijalni izbor roga i sonde je ključan. Visokokvalitetna titanijumska aloja (ocena 5) smatra se najpouzdanijim, najizdržljivijim i najefikasnijim metalom koji podnosi stres, održava visoke amplitude tokom dužeg vremenskog perioda i prenosi akustična i mehanička svojstva.

Ultrazvučnici visokih performansi uglavnom rade u frekventnom opsegu od 20-30kHz. Sa 20 kHz, ultrazvučna sonda je obično jednopola talasna dužina dugačka rezonantna šipka, koja se konstantno širi i ugovara 20.000 puta u sekundi. Pokreti proširenja i kontrakcije prenose se kao ultrazvuk visoke snage u procesni medijum, odnosno tečnost ili mulj, kako bi se ispunile primene kao što su

• ultrazvučno mešanje visokog šera
• ultrasonični vlažni glodalica
• ultrazvučno raspršivanje nano-čestica
• Ultrazvučsonova Nano-Emulsacija
• Ултразвучна екстракција
• Ultrazvučna Dezsonna
• ultrazvučni poremećaj ćelija i liza
• ultrazvučno degazovanje i de-aeracija
• sono-hemija (sono-sinteza, sono-kataliza)

Kako funkcioniše Power Ultrazvuk? – Radni princip akustične kavitacije

Za ultrazvučnu primenu visokih performansi kao što su homogenizacija, smanjenje veličine čestica, dezintegracija ili nano-disperzija, ultrazvuk visokog intenziteta, niskofrekventni ultrazvuk generiše ultrazvučni transdukter i prenosi se ultrazvučnim rogom i sondom (sonotrode) u tečnost. Ultrazvuk visoke snage smatra se ultrazvukom u rasponu od 16-30kHz. Ultrazvučna sonda se širi i ugovara npr. Kada ultrazvučni talasi putuju kroz tečnost, naizmenični ciklusi visokog pritiska (kompresija) / nizak pritisak (retka pojava / ekspanzija) stvaraju minutne šupljine (vakuumske mehuriće), koji rastu tokom nekoliko ciklusa pritiska. Tokom faze kompresije tečnosti i mehurića, pritisak je pozitivan, dok faza retkosti proizvodi vakuum (negativan pritisak.) Tokom ciklusa proširenja kompresije, šupljine u tečnosti rastu sve dok ne dostignu veličinu, na kojoj ne mogu da apsorbuju dalju energiju. U ovom trenutku, oni nasilno implode. Implozija tih šupljina rezultira raznim visoko energičnim efektima, koji su poznati kao fenomen akustične / ultrazvučne kavitacije. Akustičnu kavitaciju karakterišu veoma energični efekti, koji utiču na tečnost, čvrste/tečne sisteme kao i gas/tečne sisteme. Energetski gusta zona ili kavitaciona zona poznata je kao takozvana zona žarišta, koja je najeksitetnija u neposrednoj blizini ultrazvučne sonde i opada sa sve većim rastojanjem od sonotroda. Glavne karakteristike ultrazvučne kavitacije uključuju lokalno pojavljivanje veoma visokih temperatura i pritisaka i različitosti, turbulencije i tečnog protoka. Tokom implozije ultrazvučnih šupljina u ultrazvučnim žarištima, mogu se izmeriti temperature do 5000 Kelvina, pritisci do 200 atmosfera i tečni mlaznjaci sa do 1000km/h. Ovi izvanredni energetski intenzivni uslovi doprinose sonomehaničkim i sonohemijskim efektima koji intenziviraju procese i hemijske reakcije na razne načine.
Glavni uticaj ultrazvučnosti na tečnost i ljagu su sledeće:

• Haj-čar: Ultrazvučne visoke sile remete tečnost i tečno-čvrste sisteme uzrokujući intenzivnu agitaciju, homogenizaciju i masovni transfer.
• Uticaj: Tečni mlaznjaci i striming generisani ultrazvučnom kavitacijom ubrzavaju čvrstine u tečnostima, što naknadno dovodi do međučesničkog sudara. Kada se čestice sudaraju pri veoma velikim brzinama, one erodiraju, razbijaju se i mlate i fino rasprše, često sve do nano veličine. Za biološke materije kao što su biljni materijali, tečni mlazovi velike brzine i naizmenični ciklusi pritiska remete ćelijske zidove i oslobađaju intracelularni materijal. To rezultira veoma efikasnim vađenjem bioaktivnih jedinjenja i homogenim mešanjem bioloških materija.
• Agitacija: Ultrazvučnost izaziva intenzivne turbulencije, štipljive sile i mikro pokrete u tečnosti ili mulju. Time, sonicija uvek intenzivira masovni prenos i ubrzava time reakcije i procese.

Ultrazvučni homogenizatori i mešalice visokog šera koriste se u gotovo svakoj prerađivačkoj industriji, koja radi sa tečnošću ili ljagom. Intenzivne ultrazvučne kavitacione sile stvaraju intenzivnu agitaciju, štićenike, razbijanje čestica i masovni prenos. Time se tečnost homogenizuje, raspršuje, emulzifikuje, vadi, rastvara i/ili hemijske reakcije. Sve u svemu, ultrazvučnost je proces intenziviranja metoda koji povećava prinose, poboljšava stope konverzije i čini procese efikasnijim.
Uobičajene ultrazvučne primene u industriji šire se na mnoge grane hrane & farmaceut, fina hemija, energija & petrohemija, reciklaža, biorefinerije itd. i obuhvataju sledeće:

• ultrazvučna sinteza biodizela
• ultrazvučna homogenizacija voćnih sokova
• ultrazvučna proizvodnja vakcina
• ultrazvučna Li-jonska reciklaža baterije
• ultrazvučna sinteza nano-materijala
• Ultrasonna formulacija lekova
• ultrazvučna nano-emulzija CBD-a
• ultrazvučno vađenje botanike
• ultrazvučna priprema uzorka u laboratorijama
• ultrazvučna degazacija tečnosti
• ultrazvučna desulturizacija sirove nafte
• i još mnogo toga...

Ultrazvučni rogovi i sonde za aplikacije visokih performansi

Hielscher Ultrasonics je dugogodišnji proizvođač i distributer ultrazvučnika visoke snage, koji se širom sveta koriste za teške aplikacije u mnogim industrijama.
Sa ultrazvučnim procesorima u svim veličinama od 50 vati do 16kW po uređaju, sondama različitih veličina i oblika, ultrazvučnim reaktorima različitih volumena i geometrija, Hielscher Ultrasonics ima pravu opremu za konfigurisanje idealnog ultrazvučnog podešavanja za vašu aplikaciju.
Табела испод показује приближни капацитет обраде наших ултразвучних уређаја: