Ultrazvok

Zvok je posledica mehanskih nihanj v trdnih, tekočih in plinastih stisljivih medijih. S širjenjem zvočnih valov se delci medija medsebojno približujejo in oddaljujejo. Posledično nastajajo področja zmanjšanega in povečanega tlaka. Število nihanj zgoščin ali tlaka na sekundo je mera za frekvenco. Frekvenca ultrazvočnega valovanja se začne na zgornji meji človeškega slišnega območja, torej pri 20 kHz .

 

 

Uporaba ultrazvoka

  • Ehografi in ehokardiografi
  • UZ čistilniki in UZ pralne linije
  • UZ razbijalci kamnov
  • UZ kalilniki jekla
  • Sonarji
  • UZ sirene
  • UZ varjenje, rezanje, drobljenje
  • UZ uparjalniki
  • UZ merilniki debeline nanosov, materialov in nepravilnosti v njih
  • Itd.

Ultrazvočno čiščenje

Ultrazvočno čiščenje je danes eden izmed najsodobnejših načinov odstranjevanja umazanije. Umazanijo odstranjuje tudi na težko dostopnih mestih, kot so razne zareze, ozki kanali in razporki, drobne luknjice, prekrivajoče se površine (škarje) ter votli predmeti z ozkim ustjem kot so naprimer pipete, injekcijske igle, itd. , pri tem pa pusti čiščeno površino nepoškodovano. Za učinkovitost ni nobene potrebe po ročnem delu, niti po uporabi visokih koncentracijah detergentov. Dovolj je lahko že običajna voda, oziroma na vodi osnovana in naravi bolj prijazna čistilna sredstva.

Ob prisotnosti ultrazvoka v tekočini, prihaja do turbolenc, segrevanj (absorbcija) in akustičnih tokov. Obenem v tekočini prihaja do zgoščevanja in redčenja. Tekočina v razredčenem delu razpada zaradi neelastičnosti in notranje nestabilnosti, ki jih povzročajo primesi in plini. Zaradi kritično nizkega tlaka prihaja do oblikovanja in rasti akustičnega kavitacijskega mehurčkov. Mehurček je lahko prazen (nepopoln vakuum), lahko vsebuje plin ali paro, ali pa njih kombinacijo. Potrebno je vedeti, da je pri nižjem tlaku je temperatura vrelišča manjša.

V zgoščen delu tekočine, torej ko je tlak večji, se rast mehurčka ustavi in se začne zmanjševati. Stabilni kavitacijski mehurčki ob spreminjanju tlaka spreminjajo samo velikost. Mehurčki, ki ne implodirajo v času spremembe tlaka, spreminjajo velikost, oziroma pulzirajo. Pri tem s svojim gibanjem povečujejo kemijsko delovanje (emulzificiranje) in odnašajo umazanijo.

 

Nestabilni pa ob določeni velikosti, ki je odvisna od amplitude in frekvence ultrazvoka, izjemno hitro razpadejo na manjše mehurčke. Hkrati ustvarjajo mikroudarne valove. Udarci se širijo na objekte, ki so prisotni v čistilni kadi in iz njih na ta način odstranjujejo umazanijo.

 

 

Kadar se generirajo pod plastjo umazanije, njihovo pulziranje lahko povzroči lomljenje plasti umazanije. Že naslednji cikel pa lahko tudi stabilni kavitacijski mehurčki implodirajo. Poleg udarca pri imploziji so prisotne tudi visoke lokalne temperature (5000°C), ki pripomorejo k hitrejši kemijski reakciji, oziroma hitrejšemu odstranjevanju umazanije.

 

 

Dejavniki, ki vplivajo na intenzivnost čiščenja

V nadaljevanju so našteti nekateri dejavniki, ki vplivajo na intenzivnost čiščenja s pomočjo ultrazvoka:

  • Čistilno sredstvo -  Izbrano čistilno sredstvo močno poveča učinek ultrazvočnega čiščenja. Sredstvo se izbere glede na vrsto osnovnega materiala in tip umazanije. Na splošno je za čiščenje dobra tudi demineralizirana voda, saj ima pomanjkanje ionov. Pridobiva jih med procesom čiščenja iz »umazanije«.
  • Temperatura tekočine - Povišanje temperature povzroči povečanje kemijske aktivnosti kemikalije. Prav tako se poveča eliminacija ujetega zraka v čistilnem sredstvu. Po drugi strani pa ima višja temperatura tudi negativno stran, saj zmanjšuje učinek čiščenja. Razlogi so v zmanjšanju viskoznost tekočine, zmanjšanje površinske napetosti in povečanju parnega tlaka. Vodne raztopine imajo maksimalna učinkovitost pri temperaturi od 45 do 55°C. Na splošno se pri čiščenju najde kompromis glede na kavitacijsko odpornost umazanije in kemično reakcijo čistila na umazanijo. 
  • Površinska napetost tekočine - S povečanjem površinske napetosti se oteži rast mehurčkov, vendar pa se poveča intenzivnost skrčevanja le-teh. To pomeni da implozije oddajajo večjo energijo. Taka tekočina ima manjši močilni faktor, kar poslabša učinek čiščenja. Čistilno sredstvo z manjšim močilnim faktorjem namreč težje obliva čiščen predmet. Nižja površinska napetost olajša rast kavitacijskih mehurčkov, vendar ti ob implozijo oddajo manj energije. Poiskati je treba neko srednjo vrednost. Površinsko napetost se zmanjša z dodajanjem sredstva, ki poveča močilni faktor.
  • Gostota tekočine - Gostota tekočine ima zelo majhen vpliv na erozijsko aktivnost. Tekočina z izrazito gostoto ne kavitira. Za kavitacijo je potrebna veliko ultrazvočne energije. 
  • Viskoznost tekočine - Viskoznost tekočine nima velikega vpliva na intenzivnost čiščenja. Pri zelo veliki viskoznosti tekočine se poveča pritisk udarnega vala, ki ga povzroči implozija mehurčka. Slaba lastnost visoko viskozne tekočine je slabše oblivanje z deli, ki se čistijo. Obenem je potrebno za formiranje kavitacije dovajati več energije, saj jo tekočina z višjo viskoznostjo deloma absorbira. Tekočina z višjo viskoznostjo se uporablja pri čiščenju umazanije, ki je močno vezana na osnovni material in je hkrati zelo odporna na kavitacijo.
  • Kohezivnost tekočine - Kohezivnost tekočine ali privlačna medatomska (med molekularna) sila določa točko kavitacije. Tekočina z večjo kohezivnostjo zahteva več vložene energije za generiranje kavitacije.
  • Parni tlak -Parni tlak ima precejšen vpliv na intenzivnost čiščenja, saj ima vpliv na energijo skrčevanja mehurčka. Višji parni tlak občutno zmanjša intenzivnost mikro udarnega vala ob imploziji. Pri nižjem parnem tlaku, je večja intenzivnost, vendar pa lahko preide do preprečitve implozije ob nezadostni količini energije ultrazvočnega valovanja (stabilni kavitacijski mehurček).
  • Vsebnost plina v tekočini  - Tekočina z veliko vsebnostjo raztopljenega plina ima manjšo učinkovitost čiščenja. Mešanica plina in pare v kavitacijskem mehurčku poveča tlak znotraj njega in zmanjša njegovo udarno moč ob imploziji. Pri tem igra pomembno vlogo tudi vrsta plina, oziroma njegova razgradljivost. Pri ultrazvočnem čiščenju moramo analizirati tudi lastnosti plina, ki se nahaja nad površino tekočine, v kateri se vrši ultrazvočno pranje. To je še posebej pomembno pri zaprtih sistemih za čiščenje, kjer se uporablja povečani statični pritisk.
  • Vpliv statičnega tlaka na erozijsko aktivnost - Višji statični tlak poveča moč kavitacijskega mehurčka, hkrati pa zmanjša tudi njihovo količino. Povečanje statičnega tlaka zahteva večjo ultrazvočno energijo.
  • Količina predmetov v čistilni kadi - Količina predmetov v čistilni kadi naj ne presega 50 % volumna čistilne tekočine. Poleg zasedenosti čistilne kadi je pomembna tudi postavitev čiščenih predmetov v kadi. Pri tem je potrebno vedeti kje se nahajajo ultrazvočni pretvorniki.
  • Frekvenca ultrazvoka -  Od velikosti frekvence, ki jo generira ultrazvočni generator je odvisna velikost kavitacijskih mehurčkov. Z višanjem frekvence se proizvede več kavitacijskih mehurčkov, vendar so ti vse manjši. Posledično so zmožni oddati manj energije. Višja frekvenca tako omogoča čiščenje bolj občutljivih zadev (polprevodniška tehnika, občutljiv nakit,..), oziroma je bolj v domeni izpiranja že očiščenega predmeta. Prav tako je višja frekvenca bolj učinkovita pri čiščenju delcev umazanije velikosti reda nekaj µm. Za umazanije, ki imajo močne medsebojne kohezijske sile in kohezijske sile z osnovnim materialom, pa je bolj uporabna nižja frekvenca. Pri tem moramo vedeti, da je močna kavitacija izpodjeda tudi osnovni material in da je pri nižji frekvenci porazdeljenost kavitacijskih mehurčkov v kadi manj enakomerna.
  • Amplituda signala (moč) oziroma akustični tlak - Z večanjem moči se poveča tudi moč kavitacije. S povečanjem akustičnega pritiska se podaljša čas rasti kavitacijskega mehurčka, ki lahko preseže v interval njegovega zmanjševanja. Posledično se zmanjša (zaduši) amplituda udarnega vala, ki ga ustvari implodiran mehurček.
  • Postavitev čiščenih delov - Pranci naj bodo v celoti potopljeni. Priporočeno je, da so od površine tekočine oddaljeni vsaj nekaj centimetrov. Prav tako ne smejo biti položeni neposredno na dno kadi, saj lahko na ta način preprečijo oddajanje energije v vodo. Posledično se na pretvornikih generira visoka temperatura, ki jih lahko poškoduje. Čiščeni deli naj bodo vsaj toliko razmaknjeni, da med njimi prehaja čistilno sredstvo. Razmik je zlasti pomemben pri občutljivih delih, kjer lahko zaradi medsebojnega drgnjenja dveh kosov prihaja do vidnih prask.

Priporočila pri ultrazvočnem pranju

  • Pred prvim pranjem v sveži tekočini je priporočeno, da ultrazvok deluje vsaj 15 minut ali več, da se voda razplini (degazacija).
  • Priporočeno je pranje v temperaturnem območju med 45 - 55 ºC, kjer je največji efekt čiščenja.
  • Pri pranju votlih predmetov in cevčic je potrebno paziti, da voda zalije celotno površino. Paziti je potrebno, da niso prisotni zračni žepi.
  • Po pranju v ultrazvoku je potrebno predmete sprati pod tekočo vodo. Priporoča se demineralizirana voda. Prenos predmetov se mora izvesti čim hitreje, da se le-ta ne posuši.
  • Pri močno umazanih predmetih je priporočeno ultrazvočno pranje s močnim čistilom, nato izpiranje s tekočo vodo. V naslednjem koraku naj sledi ultrazvočno pranje z manj agresivnim čistilnim sredstvom, ter izpiranje s demineralizirano vodo in sušenje s toplim zrakom.
  • Če je na predmetu, ki ga čistimo, veliko drobnih kanalov, v katerih lahko ostanejo kapljice vode, je priporočeno po izpiranju in pred toplozračnim sušenjem ta predmet spihati s filtriranim komprimiranim zrakom.
  • Priporočena je redna menjava čistilne tekočine. Interval se določi z validacijo čistilnega postopka.
  • Priporočeno je, da se izvaja validacija pranja ter da se vsaj enkrat letno izvaja meritev ustrezne jakosti kavitacije v ultrazvočnemu čistilniku.
  • V vročo kadico ni priporočljivo natakati mrzle vode (ali obratno), ker se ultrazvočnemu čistilniku skrajša življenjska doba.
  • Predmete ni priporočeno postavljati direktno na dno kadice, ker se s tem zmanjša efekt ultrazvočnega pranja in lahko tudi poškoduje čistilnik.

Kontaktirajte nas