Cavitación ultrasónica te' ts'a'abal

Le ondas ultrasónicas ti' ultrasonido ka'anal intensidad generan cavitación acústica te' ts'a'abal. Le cavitación ku beetik táanil extremos ti' ku, bey chooj ta'an líquido tak 1000 kilómetro leti' h, presiones tak 2000 atm yéetel temperaturas tak 5000 Kelvin. Táan a muuk' generadas tumen ultrasonidos u utilizan utia'al u numerosas aplicaciones procesamiento ts'a'abal, bey le homogeneización, le dispersión, le emulsificación, le extracción, le disrupción t'aan, bey je'el bix utia'al u intensificación le reacciones químicas.

Le principio funcionamiento le cavitación ultrasónica

Le ken u sonican ts'a'abal u altas intensidades, le sonoras ondas ba'ax ku propagan ti' le chúumuk líquido ts'aik kúuchil ciclos alternos u ka'anal presión (compresión) yéetel baja presión (rarefacción), yéetel tasas dependen ti' le frecuencia. Ichil le ciclo baja presión, le ondas ultrasónicas u ka'anal intensidad crean mejen burbujas u vacío wa vacíos ti' le líquido. Ka le burbujas alcanzan jump'éel volumen le ts'o'ok ma' táan u béeytal múuch'ik energía, colapsan violentamente ichil jump'éel ciclo ka'anal presión. Le Uláak ba'al denomina ku cavitación. Ichil le implosión ku alcanzan localmente temperaturas jach altas (aprox. 5.000 k'uj) yéetel presiones (aprox. 2.000 atm). Implosión le burbuja cavitación xan ts'aik kúuchil ti' chooj ta'an líquido tak 280 m leti' s u velocidad.

Le cavitación acústica (generada tumen ultrasonidos potencia) crea localmente condiciones extremas, le llamados táanil sonomecánicos ka sonoquímicos. Debido a le k'iino'oba' táanil, le sonicación promueve reacciones químicas ku bisiko'ob jump'éelili' mayores rendimientos, asab velocidad reacción, túumben vías yéetel jump'éel asab eficiencia tuláakal.

K'ajle' aplicaciones le ultrasonidos ku utilizan cavitación acústica

Le ultrasonidos u bin yano'ob sonda, bey xan k'ajóolta'ano'ob bix sondas ultrasónicas, generan eficazmente jump'éel cavitación acústica intensa te' ts'a'abal. Tune', le ampliamente utilizados ti' kúuchilo'ob aplicaciones ti' jejeláas industrias. Algunas le aplicaciones asab importantes ti' le cavitación acústica generada tumen le ultrasonidos bin yano'ob sonda sondean le:
 

1. Homogeneización: Le sondas ultrasónicas táan u béeytal u generar jump'éel cavitación intensa, u caracteriza tumen juntúul jach yáax vibración yéetel muuk' cizallamiento densamente denso ti' energía. Táan a muuk' proporcionan jump'éel excelente mezcla, mezcla yéetel reducción le Buka'aj le partículas. Le homogeneización ultrasónica u yaantal suspensiones uniformemente mezcladas. Tune', le sonicación ku meyajtiko'ob utia'al producir jump'éel suspensión coloidal homogénea yéetel curvas u distribución estrechas.
2. Dispersión nanopartículas: Le ultrasonidos ku ka'anal utia'al le dispersión, desaglomeración yéetel molienda húmeda u nanopartículas. Le ondas ultrasónicas ti' baja frecuencia táan u béeytal u generar jump'éel cavitación impactante, u descompone le aglomerados yéetel reduce le Buka'aj le partículas. Tu particular le ka'anal cizallamiento le chooj ta'an líquido acelera le partículas ti' le líquido, ku chocan ichil yan (colisión ichil partículas), ti' modo ti' le partículas ku rompen yéetel erosionan tu consecuencia. Le je'ela' ku ts'aik bey resultado jump'éel distribución xan yéetel estable ti' le partículas, evitando le sedimentación. Lela' crucial ti' ya'ab sikte, bey le nanotecnología, u ciencia le materiales yéetel le yik'áalil farmacéuticos.
3. Emulsificación ka mezcla: Le ultrasonidos bin yano'ob sonda ku utilizan utia'al u crear emulsiones yéetel xa'ak'tik ts'a'abal. Le energía ultrasónica ku beetik le cavitación, le formación yéetel le colapso burbujas microscópicas, ku genera intensas muuk' u cizallamiento locales. Le tuukula' ku yáantik emulsionar ts'a'abal inmiscibles, produciendo emulsiones estables yéetel finamente dispersas.
4. Extracción: Debido a le muuk' u cizallamiento cavitacionales, le ultrasonidos ku jach eficaces a la hora de alterar le ka'ansaj celulares yéetel ma'alo'obkíinsiko'ob le transferencia juuch' ichil sólidos yéetel ts'a'abal. Tune', le extracción ultrasónica ku meyajtiko'ob ampliamente utia'al liberar xooko'obo' intracelular, bey compuestos bioactivos, utia'al u producción extractos botánicos u ka'anal calidad.
5. Desgasificación ka desaireación: Le ultrasonidos bin yano'ob sonda u ka'anal utia'al tselik le burbujas gas wa le gases disueltos ti' le ts'a'abal. U kaambalil yo'osal le cavitación ultrasónica promueve u coalescencia le burbujas gas utia'al u ch'íijilo'ob yéetel floten tak le nu'ukulil superior ti' le líquido. Le cavitación ultrasónica ku beetik u le desgasificación Je'en tu'uxe' jump'éel procedimiento séeba'an yéetel xoknáalo'obo'. Lela' valioso ti' kúuchilo'ob industrias, bey ti' pinturas, fluidos hidráulicos wa procesamiento janalbe'eno'ob yéetel bebidas, tu'ux le meyajo'ob gases je'el afectar negativamente le calidad yéetel u estabilidad le producto.
6. Sonocatálisis: Le sondas ultrasónicas páajtal utilizar u utia'al le sonocatálisis, jump'éel tuukula' ku combina le cavitación acústica yéetel catalizadores yo'osal u ma'alo'obkíinsiko'ob le reacciones químicas. Le cavitación generada tumen le ondas ultrasónicas mejora transferencia juuch', aumenta le velocidades reacción yéetel promueve u producción u radicales libres, u conduce transformaciones químicas asab eficientes ka selectivas.
7. Wa u le muestra meyaj: Le ultrasonidos bin yano'ob sonda ku utilizan habitualmente ti' le laboratorios utia'al u wa u muestras yilik. Utilizan utia'al u homogeneizar, desagregar yéetel extraer muestras biológicas, bey células, jach yéetel virus. Le energía ultrasónica generada tumen le sonda altera le membranas celulares, liberando contenido t'aan ka facilitando le análisis posterior.
8. Desintegración ka disrupción t'aan: Le ultrasonidos bin yano'ob sonda ku utilizan yo'osal desintegrar yéetel alterar células yéetel jach yéetel jejeláas fines, bey le extracción componentes intracelulares, le inactivación microbiana wa wa u muestras utia'al u análisis yilik. Le ondas ultrasónicas u ka'anal intensidad yéetel le cavitación generada tumen ichilo'ob, provocan tensiones mecánicas yéetel muuk' cizallamiento, ba'ax ku beetik u desintegración le ka'ansaj celulares. Ti' le investigación biológica yéetel le diagnóstico médico, le ultrasonidos bin yano'ob sonda u utilizan utia'al u lisis t'aan, le tuukula' u jaatik le células utia'al u liberar u componentes intracelulares. Le energía ultrasónica altera le pak' celulares, le membranas yéetel le orgánulos, ku Cha' u extracción u proteínas, ADN, ARN yéetel láak'o'ob constituyentes celulares.

 
Táan a ku algunas le aplicaciones clave ti' le ultrasonidos bin yano'ob sonda, ba'ale' le ma'alo'obtal yaan ti' jump'éel gama láayli' asab amplia ti' uláak' usos, Bey le sonoquímica, le reducción le Buka'aj le partículas (molienda húmeda), le síntesis partículas ascendentes yéetel le sonosíntesis sustancias yéetel materiales químicos ti' kúuchilo'ob industrias, bey le farmacéutica, le u procesamiento janalbe'eno'ob, le biotecnológica yéetel le ciencias medioambientales.

Jump'éel secuencia ka'anal velocidad (u le ti' le f) u fotogramas u ilustran le exfoliación sonomecánica ti' jump'éel escama grafito ichil le ja'o' utilizando le UP200S, jump'éel ultrasonido 200 W yéetel sonotrodo 3 mm. Le flechas muestran le kúuchil le partículas ku p'éelili'kuunsa'alo'ob, yéetel burbujas cavitación penetran ti' le división.
© Tyurnina et ti' le. 2020

Vídeo cavitación acústica ti' líquido

Le uláak' vídeo ye'esik le cavitación acústica ti' le cascatrode le ultrasonido UIP1000hdT ti' jump'éel columna vidrio Chuup yéetel ja'. Le columna vidrio u boon tak le nu'ukulil inferior yéetel sáasil chak yo'osal u ma'alo'obkíinsiko'ob u visualización le burbujas cavitación.

Le uláak' tabla ku ts'aik ti' jump'éel indicación le Buka'aj u ba'al u procesamiento aproximada u k ultrasonidos: