Lain Corporation Srl è un'azienda di Corbetta, nella provincia di Milano, che nel corso del tempo si è saputa distinguere per le applicazioni della tecnologia per la pulizia ad ultrasioni.
La tecnologia della pulizia sta cambiando. Il vapore che sgrassa usando solventi clorinati e fluorinati, a lungo uno standard per la maggior parte delle industrie, sta per essere superato nell'interesse dell'ecologia del nostro pianeta. Allo stesso tempo, le richieste di pulizia stanno continuamente aumentando. La pulizia è diventata un importante problema per molte industrie come non lo era mai stato in passato.
Nelle industrie come quelle elettroniche dove la pulizia è sempre stata importante, è diventata piu' critica in favore della crescente tecnologia. Sembra che ogni passo avanti nella tecnologia richieda sempre una maggiore attenzione alla pulizia per il suo successo. Come risultato, l'industria della pulizia è stata sfidata a salvare le pulizie necessarie ed è stato possibile attraverso una rapida innovazione sul passato di molti anni. Molti di questi passi avanti hanno comportato l'uso della tecnologia ad ultrasuoni.
L'industria della pulizia è sempre in lotta per rimpiazzare i solventi sgrassanti con "mezzi amici" alternativi per la pulizia. Sebbene i sostituti a base acqua, semi acquosi e chimici basati sul petrolio siano adatti, sono spesso meno effettivi come pulitori che i solventi e possono non essere adeguati in alcune applicazioni a meno che un aumento della tensione dell'energia meccanica sia aggiunto per assicurare il livello di pulizia richiesto. L'energia ultrasonica è ora largamente usata nelle applicazioni di lavaggio critico sia per regolare la velocita' che per aumentare l'effetto delle chimiche alternative.
Per capire la meccanica degli ultrasuoni, è prima di tutto necessario avere una conoscenza di base delle onde sonore, come sono generate e come viaggiano attraverso un mezzo conduttore.
Il dizionario definisce suono come la trasmissione di vibrazione attraverso un mezzo elastico che puo' essere solido, liquido o gassoso.
Generazione di onda sonora - una onda sonora è
prodotta quando uno spostamento solitario o a ripetizione è generato in un mezzo conduttore sonoro, come attraverso uno shock o un movimento vibratorio.
Lo spostamento dell'aria attraverso il cono di un altoparlante radio è un buon esempio di onde sonore vibratorie generate da un movimento meccanico.
Poiché il cono dell'autoparlante
si muove avanti e indietro, l'aria davanti al cono è alternativamente compressa e rarefatta per produrre onde sonore, che viaggiano attraverso la aria finchè non si dissipano.
Probabilmente ci sono piu' familiari le onde sonore prodotte dal movimento meccanico alternato.
Ci sono anche onde sonore che sono create da un singolo caso Shock. Un esempio è il tuono che è generato quando l'aria istantaneamente cambia volume come risultato di una scarica elettrica (lampo).
Un altro esempio di caso shock puo' essere il suono creato quando un'asse di legno che cade su un pavimento di cemento. Casi shock sono fonti di una singola onda compressa che irradia dalla sua fonte.
Il diagramma in basso usa la molla a spirale piana per rappresentare le molecole individuali di un mezzo conduttore sonoro.
Le molecole del mezzo sono influenzate dalle molecole adiacenti
allo stesso modo in cui le molle a spirale piana si influenzano a vicenda. La fonte del suono nel modello è a sinistra.
La compressione generata dalla fonte sonora si propaga come ogni
molla a spirale piana adiacente spinge contro la sua vicina.
E' importante notare che, sebbene l'onda viaggi da un'estremita' della spirale all'altra, le spirali individuali rimangono nella
loro posizione relativa, essendo posizionate prima in un modo e poi nell'altro al passaggio dell'onda sonora.
Come risultato, ogni spirale è prima parte di una compressione quando è
schiacciata contro la spirale adiacente e poi parte di una rifrazione quando recede dalla spirale adiacente.
Allo stesso modo, qualsiasi punto nel mezzo conduttore sonoro è alternativamente
soggetto a compressione e poi a rarefazione.
In un punto dell'area di compressione, la pressione nel mezzo è positiva. In un punto dell'area di rarefazione, la pressione nel mezzo è negativa.
Nei mezzi elastici come l'aria e piu' solidi, c'è una continua transizione quando l'onda è trasmessa. Nei mezzi non elastici come l'acqua o piu' liquidi, c'è una continua transizione
fino a che l'ampiezza o il "frastuono" del suono è relativamente basso.
Quando l'ampiezza è aumentata, comunque, la grandezza della pressione negativa nelle aree di rarefazione
diventa sufficiente per far si' che il liquido fratturi a causa della pressione negativa, causando un fenomeno conosciuto come cavitazione. Le bolle di cavitazione sono create nei
luoghi di rarefazione quando il liquido frattura o si laceri a causa della pressione negativa dell'onda sonora nel liquido.
Quando i fronti dell'onda passano, le bolle di cavitazione
oscillano sotto l'influenza della pressione positiva, crescendo finalmente sino ad una taglia instabile. In fine, il violento collasso delle bolle di cavitazione risulta in una implosione,
che causa onde shock che devono essere radiate dai luoghi del collasso.
Il collasso e l'implosione di miriadi di bolle di cavitazione attraverso un liquido attivato risultano nell'effetto
comunemente associato agli ultrasuoni.
E' stato calcolato che temperature in eccesso di 10,000° F e pressioni in eccesso di 10,000 PSI sono generate dall'implosione nei luoghi delle bolle di cavitazione.
Il lavaggio nella maggior parte dei casi richiede che un contaminante sia dissolto ( come nel caso dello sporco solubile), rimosso ( come nel caso di uno sporco non solubile) o sia dissolto che rimosso
( come nel caso di particelle insolubili tenute da un legante solubile come l'olio o il grasso). L'effetto meccanico dell'energia ultrasonica puo' essere d'aiuto sia nel regolare la velocita' di dissoluzione
sia nella rimozione delle particelle. Proprio come è benefico nel lavaggio, l'ultrasuono è anche benefico nel processo di risciacquo.
Residui chimici del lavaggio sono rimossi velocemente e completamente
dal risciacquo ultrasonico.
Nel rimuovere un contaminante attraverso dissoluzione, è necessario per il solvente venire in contatto con il contaminante e dissolverlo. L'attivita' di pulizia agisce solo nell'interfaccia tra
la chimica di lavaggio e il contaminante.
Quando la chimica di lavaggio dissolve il contaminante, uno strato saturo si sviluppa nell'interfaccia tra la nuova chimica di lavaggio e il contaminante. Una volta che questo è accaduto,
l'azione di pulizia finisce poichè l'azione della chimica satura non puo' piu' attaccare il contaminante.
La cavitazione ultrasonica e l'implosione rimuovono effettivamente lo strato saturo per permettere alla chimica nuova di venire in contatto con il contaminante rimasto per rimuoverlo.
Questo è particolarmente benefico quando superfici irregolari o vicoli interni devono essere puliti.
Alcuni contaminanti sono composti di particelle insolubili vagamente attaccate e tenute in luogo da forze ioniche o coesive.
Queste particelle necessitano solo di essere rimosse sufficientemente per rompere le forze attrattive che devono essere rimosse.
Cavitazione e implosione come risultato di una attività ultrasonica rimuovono i contaminanti vagamente attaccati come la polvere dalle superfici.
Perché questo sia effettivo, è necessario che il mezzo di agganciamento sia capace di bagnare
le particelle che devono essere rimosse.
Nelle operazioni di sweep, la frequenza di output del generatore ultrasonico è modulata attorno la frequenza centrale che puo' aggiustarsi da sola.
Vari effetti sono prodotti dal cambiamento di velocita'
e magnitudo della modulazione di frequenza.
La frequenza puo' essere modulata da una volta ogni parecchi secondi a parecchie centinaia di volte per secondo con la grandezza di variazione che si estende
da parecchi hertz a parecchi kilohertz.
Lo sweep puo' essere usato per prevenire danni alle parti estremamente delicate o per ridurre gli effetti delle onde che si trovano nelle vasche di lavaggio.
L'operazione di sweep puo' essere anche estremamente utile nel facilitare la cavitazione di terpeni e chimiche basate sul petrolio. Una combinazione dell'operazione di impulso e sweep puo' produrre
risultati persino migliori quando la cavitazione di terpeni e chimiche basate sul petrolio è richiesta.



I trasduttori magnetostrittivi utilizzano il principio della magnetostrizione in cui certi materiali si espandono e contraggono quando messi in un campo magnetico alternato.
L'energia elettrica alternata dal generatore ultrasonico è prima convertita in un campo magnetico alternato attraverso l'uso di una spirale di un filo metallico.
Il campo magnetico alternato è poi usato per indurre vibrazioni meccaniche a frequenza ultrasonica in strisce risonanti di nichel o altro materiale magnetostrittivo che sono attaccati alla superficie per essere vibrati.
Poiché i materiali magnetostrittivi si comportano allo stesso modo di un campo magnetico di altra polarita', la frequenza dell'energia elettrica applicata al trasduttore è di 1/2 della frequenza dell'output desiderata.
I trasduttori magnetostrittivi forniscono prima di tutto una robusta fonte di vibrazioni ultrasoniche per applicazioni ad alto potere come il lavaggio ad ultrasuoni.
A causa delle costrizioni meccaniche inerenti sulla taglia fisica dell'hardware come anche complicazioni elettriche e magnetiche, i trasduttori ad alto potere magnetostrittivo operano spesso a frequenze oltre i 20 KHz.
I trasduttori piezoelettrici, al contrario, possono operare bene nella gamma dei megahertz. I trasduttori magnetostrittivi sono generalmente meno efficienti di quelli piezoelettrici.
Questo è dovuto principalmente al fatto che il trasduttore magnetostrittivo richiede una doppia conversione di energia da elettrica a magnetica e poi da magnetica a meccanica.
Un po' di efficienza viene persa in ogni conversione. Effetti magnetici isteresi diminuiscono anche l'efficienza del trasduttore magnetostrittivo.
I trasduttori piezoelettrici convertono l'energia elettrica alternata direttamente in energia meccanica attraverso l'uso dell'effetto piezoelettrico in cui ceri materiali cambiano dimensione se una carica elettrica è applicata agli stessi.
L'energia elettrica a frequenza ultrasonica è fornita al trasduttore dal generatore ultrasonico. Questa energia elettrica è applicata all'elemento-i piezoelettrico nel trasduttore che vibra.
Queste vibrazioni sono amplificate dalle masse risonanti del trasduttore e dirette al liquido attraverso il piatto che irradia.
Prima i trasduttori piezoelettrici utilizzavano materiali piezoelettrici
come cristalli di quarzo naturale e titanato di bario che erano fragili e instabili.
I trasduttori di oggi incorporano materiali piezoelettrici piu' forti, piu' efficienti e altamente stabili che furono
sviluppati come risultato degli sforzi della marina US e della sua ricerca di sviluppare avanzati sonar transponder nel 1940.
La grande maggioranza di trasduttori usati oggi per la pulizia ad ultrasuoni
utilizzano gli effetti piezoelettrici.
L'equipaggiamento per la pulizia ad ultrasuoni varia dalle piccole unita' da tavolo spesso trovate negli studi dentistici o negozi di gioielleria a enormi sistemi con capacita' di parecchi migliaia
di galloni usati in una varieta' di applicazioni industriali.
La selezione o il disegno di un equipaggiamento adatto è dominante nel successo tutte le applicazioni di pulitura ad ultrasuoni.
L'applicazione piu' semplice puo' richiedere solo un semplice pulitore di vasca riscaldato con risciacquatura da essere fatto in un lavandino o in un contenitore separato. I sistemi di lavaggio piu'
sofisticati includono una o piu' risciacquate, vasche di processo aggiuntive e asciugatori ad aria calda.
L'automazione è spesso aggiunta per ridurre il lavoro e garantire la consistenza del processo.
Le installazioni piu' grosse utilizzano trasduttori ultrasonici immergibili che possono essere montati sui lati o sul fondo delle vasche di lavaggio quasi ogni taglia.
I trasduttori ultrasonici immergibili
offrono la massima flessibilita' e tranquillita' di installazione e servizio.
Piccoli, autofrenanti pulitori sono usati negli studi medici e nei negozi di gioielleria
.
Sistemi di lavaggio di vasca riscaldati sono usati nei laboratori e per necessita' di lavaggio di piccoli lotti.
Durante la porzione di pressione negativa dell'onda sonora, il liquido è lacerato e le bolle di cavitazione cominciano a formarsi.
Quando la pressione negativa si sviluppa all'interno delle bolle,
i gas dissolti nel liquido capitante cominciano a propagarsi oltre il limite nelle bolle.
Quando la pressione negativa è ridotta dovuto al passaggio della porzione di rarefazione dell'onda sonora e
la pressione atmosferica è raggiunta, le bolle di cavitazione cominciano a collassate per la loro stessa tensione di superficie.
Durante la porzione di compressione dell'onda sonora, tutti i gas diffusi
nelle bolle sono compressi e in fine cominciano a diffondersi di nuovo attraverso il limite per rientrare nel liquido.
Questo processo, comunque, non è mai completo poiche' le bolle contengono gas da quando
la diffusione fuori dalla bolla non comincia sino a quando la bolla non è compressa.
E una volta che la bolla è compressa, la superficie del limite disponibile è ridotta.
Come risultato, le bolle di cavitazione
formate nel liquido, contengono gas che non collassa sempre in implosione ma piuttosto risulta in piccole tasche di gas compresso nel liquido.
Questo fenomeno puo' essere utile nei liquidi degassanti.
Le piccole
bolle di gas si uniscono insieme sino a diventare sufficientemente galleggianti per arrivare alla superficie del liquido.
