Tecnología de procesamiento ultrasónico

Cuando la energía ultrasónica actúa sobre el medio, causará vibraciones finas y de alta velocidad de las partículas, y producirá cambios de cantidades mecánicas como la velocidad, la aceleración, la presión del sonido y la intensidad del sonido, causando efectos mecánicos. El ultrasonido es una forma de transmisión de energía mecánica, que está relacionada con el proceso de onda y produce un efecto lineal de vibración. Cuando la onda ultrasónica se propaga en el medio, la amplitud de desplazamiento de la partícula es muy pequeña, pero la aceleración de la partícula causada por el ultrasonido es muy grande.

Si 20 kHz y 1W / cm²la onda ultrasónica se propaga en el agua, la amplitud de presión sonora producida es 173 kPa, lo que significa que la amplitud de presión sonora varía 20,000 veces entre 173 kPa positivo y negativo por segundo. La aceleración máxima de partículas alcanza 1440 km / s.², que es aproximadamente 1,500 veces la aceleración gravitacional. Por lo tanto, el movimiento mecánico intenso y de rápido cambio es el ultrasonido de potencia. Efecto de vibración mecánica.

Cuando el medio ultrasónico no es un medio en capas homogéneo (como tejido biológico, cuerpo humano, etc.), la diferente impedancia acústica de cada capa causará la reflexión y la formación de ondas estacionarias. El vientre y el nudo de la onda estacionaria provocarán el cambio de presión, tensión y aceleración. Debido a que la masa de las diferentes partículas del medio (por ejemplo, las moléculas biológicas) es diferente, la velocidad de vibración causada por el cambio de presión es diferente. El cambio de presión causado por el movimiento relativo de las partículas del medio es otra razón del efecto mecánico ultrasónico. Los efectos mecánicos del ultrasonido se deben utilizar para el procesamiento (perforación, corte, compactación, fortalecimiento de la superficie, soldadura, limpieza, pulido y eliminación de películas y suciedad indeseables, etc.) y para acelerar otros procesos como la dispersión, homogeneización, emulsificación, trituración y esterilización.

La acción mecánica de los ultrasonidos ha sido ampliamente utilizada en la producción. Aquí hay unos ejemplos:

Agitación mecánica

La vibración ultrasónica de alta frecuencia y la presión de radiación pueden formar una agitación y flujo efectivos en gas y líquido. El chorro fuerte y el micro-lavado local producidos por la vibración de la burbuja de cavitación en la superficie sólida pueden reducir significativamente la tensión superficial y la fricción del líquido, y destruir la capa límite de la interfaz sólido-líquido, logrando así el efecto que la baja frecuencia ordinaria agitación mecánica no puede lograr. Esta función es la base física de la penetración de drogas, cosméticos que guían la piel, desgasificación ultrasónica, mezcla y refinamiento de alimentos y cosméticos.

Difusión mutua

Al utilizar los efectos de presión y alta temperatura de la vibración ultrasónica y la cavitación, se producen dos tipos de líquidos, dos tipos de sólidos o una interfaz líquido-sólido, líquido-gas, penetración de la molécula, formando nuevas propiedades del material. La soldadura ultrasónica de metales o plásticos, la emulsión ultrasónica, la limpieza y la atomización se pueden clasificar como tales.

Homogeneización

La onda de choque local producida después del cierre de las burbujas de cavitación puede aplastar las partículas en el líquido y refinarlas; hacer que la cristalización sea uniforme; dispersar las gotas de emulsión grandes y desiguales en pequeños agentes uniformes (como agentes de contraste médico, agentes de tratamiento del cáncer, etc.); e incluso incluyen el papel de la ablación de trombos.

Cohesión

La vibración ultrasónica puede hacer que las partículas suspendidas se muevan a diferentes velocidades en los medios de gas y líquido, aumentar la posibilidad de colisión o usar ondas estacionarias para hacer que se inclinen hacia el vientre de la onda, por lo que se produce condensación. La recolección de polvo en la chimenea y la lluvia artificial puede pertenecer a esta categoría.

Corte mecánico

Debido a la alta aceleración de la vibración ultrasónica y la corrosión acústica de la cavitación, se puede realizar el mecanizado de precisión especial de materiales duros y quebradizos (piedras preciosas, cerámica, vidrio, imanes, etc.).

Transformación en polvo

El pulso ultrasónico de alta intensidad se puede utilizar para triturar riñones y cálculos biliares sin dañar los tejidos blandos.