Tecnica degli ultrasuoni per pulire, sgrassare, decapare e decarbonizzare pezzi, metalli, componenti.
Tecnologia della cavitazione e vibrazione ultrasonora.
Nel lavaggio come in altre applicazioni per creare gli ultrasuoni sono necessari un generatore di onde elettroniche alternate e di un gruppo di trasduttori che le trasforma in vibrazione meccanica ad alta frequenza.
La cavitazione, ovvero la formazione di bolle che implodono violentemente sullo sporco e le onde di vibrazione sono i fenomeni fisici che sono alla base del lavaggio con ultrasuoni.
Sintonia, accoppiamento e tipo di tecnica costruttiva ma anche i materiali utilizzati sono fondamentali per la tecnologia di chi produce apparecchiature ultrasonore.
Gli ultrasuoni sono onde meccaniche nel campo acustico non udibile che hanno la capacità di essere trasmesse facilmente nei liquidi e nelle superfici solide. sono quindi un ottimo metodo per vibrare superfici di metalli, leghe e altri materiali asportandone le coperture superficiali di sporco contaminante che le ricopre dopo un ciclo di tornitura, fresatura e altre lavorazioni a controllo numerico.
Fattore fondamendale è l'accuratezza e l'alta qualità utilizzata nel fabbricare il generatore e i trasduttori, la loro esatta lavorazione e il loro preciso montaggio sulle vasche.
Gli ultrasuoni compiono una spazzolatura molto fine e precisa, e si distribuiscono uniformemente in ogni punto della vasca e dei pezzi da pulire, accelerando l'azione chimica di acqua e detergente.
L'effettiva potenza ed efficienza di un gruppo ultrasonoro.
La potenza degli ultrasuoni non è calcolata dalla formula P=V x I perchè essa che definisce solo la potenza assorbita da un circuito elettrico in corrente continua mentre i generatori di ultrasuoni sono trasformatori e convertitori statici, anche amplificatori nel caso di alcun e nostre apparecchiature ad alta potenza, che funzionano in corrente alternata monofase o trifase.
La legge di Ohm non è quindi applicabile a un sistema ultrasonoro come non è applicata anche per i transistor, gli Scr veloci e gli Igbt digitali. Componenti elettronici che hanno altre leggi elettriche diverse dai postulati di Ohm, noto studioso delle reti elettriche.
La potenza assorbita dei generatori sia analogici che digitali è espressa da P=1,72 x V x I x cosfì.
Dove la tensione V e la corrente alternata di ingresso I sono moltiplicate con il coseno angolare di sfasatura della corrente alternata cosfì.
Ma anche spiegato questo concetto base la potenza reale assorbita P di un generatore non è un valore valido per definire la potenza effettiva pulente PEP che un sistema di lavaggio può esprimere.
Infatti la potenza assorbita non è garanzia ne qualità funzionale di un generatore. Esso potrebbe assorbire grande potenza ma causa dissipazione fornirne poca al trasduttore; allo stesso tempo se i trasduttori sono fatti in modo impreciso possono perdere potenza e trasformare solo una minima parte dell'energia inviata loro dal generatore..
Per definire il valore di Potenza Effettiva si deve valutare l'effettiva potenza pulente del sistema ultrasonoro e la sua efficienza con prove pratiche dal vero.
La potenza effettiva comprende la qualità elettromeccanica dei trasduttori e il loro rendimento, il tipo di amplificazione, il tipo e l'uniformità delle onde e loro forma, la sincronia con i trasduttori.
Gli altri parametri da esaminare sono sottoposti a formule e calcoli complessi ma almeno l'uniformità delle onde meccaniche trasformate in vibrazioni nel liquido deve essere controllata.
La reale potenza ultrasonora di una lavatrice è da valutare con calcoli di matematica superiore e deve essere validabile con test e risultati pratici in laboratorio, seguendo precise metriche. I calcoli empirici sugli assorbimenti del generatore e il solo rendimento capacitivo, anche se descritti su una targhetta quali valori nominali della macchina, non indicano l'efficienza e la potenza effettiva di pulizia dell'apparecchio.
In ultima analisi la costruzione degli ultrasuoni deve avere non la potenza ma l'efficacia reale di raggiungere il grado pulente ottimale su ogni superficie con la completa eliminazione di ogni contaminante solidificato o molle presente sui pezzi e sui componenti presenti nel liquido.
In sintesi, alcuni fattori determinanti sono:
- Uniforme decontaminazione dallo sporco con possibilità di personalizzare la qualità di lavaggio in base alle richieste dell'utente.
- Velocità del processo di sgrassatura su ogni tipo di materiali e superfici.
- Perfetta cavitazione di detergenti e liquidi viscosi.
- Durata di vita ed efficienza costante nei cicli di lavoro.
- Manutenzione semplificata e assistenza tecnica del produttore.
Approfondimenti.
Introduciamo i concetti di cavitazione e il concetto di vibrazione meccanico molecolare che sono alla base del lavaggio nei liquidi ottenuto per effetto delle onde ultrasonore. La cavitazione indotta da un sonicatore è una compressione ed espansione fisica della materia, conosciuta da molti anni in idraulica, e riguarda il fatto che gli ultrasuoni emessi dai trasduttori comprimono e poi espandono i fluidi. Le molecole del liquido detergente del bagno di pulitura cambiano dimensione, ciò crea bolle di pressione positiva e negativa che esplodendo e implodendo rilasciano energia di impatto che aiuta la pulitura per pressioni localizzate esplodenti che arrivano a 1300 Bar.
La vibrazione molecolare delle onde è un effetto primario dello stato fisico degli elettroni, la variazione del loro stato di quiete mediante l'imposizione di una corrente alternata a diverse frequenze di oscillazione accelera le particelle provocando processi fisici, chimici e successivamente anche la cavitazione idraulica di un fluido. Fenomeno da noi osservato in laboratorio nel 1989 e in seguito fonte di interesse per molti centri di ricerca universitari interessati al fenomeno per applicazioni nel vuoto, nella luminescenza e nel settore energia.
Il fenomeno della vibrazione molecolare delle onde è intimamente correlato all'oscillazione della materia e alle frequenze. Nel nostro lavoro esso è legato agli ultrasuoni di natura piezoelettrica e magnetostrittiva dei trasduttori ed è controllabile nello stato degli elettroni che compongono il liquido e sono sollecitati ad oscillare molto velocemente, alle frequenze impostate dal generatore. Con questo processo si possono generare grandi energie ultrasonore localizzate in ogni punto del liquido di lavaggio come da noi pubblicato su riviste tecniche specializzate.
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