Principios y precauciones de limpieza ultrasónica

Como es bien sabido, el sonido que escuchamos los humanos consiste en señales acústicas con una frecuencia de 20Hz a 20.000Hz. Las ondas sonoras superiores a 20.000 Hz se denominan ondas ultrasónicas. La transmisión de ondas sonoras sigue una curva sinusoidal longitudinal. Esto significa que se propaga a través de capas alternas de alta y baja presión.

Cuando una señal acústica débil actúa sobre un líquido, se crea una cierta presión negativa. Esto conduce a la formación de numerosas burbujas microscópicas dentro del líquido. Por el contrario, cuando una fuerte señal acústica actúa sobre el líquido, se crea una presión positiva que aplasta estas diminutas burbujas.

Las investigaciones han demostrado que cuando las ondas ultrasónicas actúan sobre un líquido, la ruptura de cada burbuja genera una onda de choque de altísima energía. Esto equivale a una temperatura y presión elevadas instantáneas de hasta miles de atmósferas. Este fenómeno se conoce como ' efecto cavitación '. La limpieza ultrasónica utiliza las ondas de choque generadas por estas burbujas que estallan para limpiar y fregar las superficies internas y externas de las piezas de trabajo.

Clasificación de ondas sonoras

Las ondas acústicas se pueden dividir en tres tipos: infrasónicas, sónicas y ultrasónicas.

• Ondas infrasónicas: Frecuencias inferiores a 20 Hz.

• Ondas sónicas: Frecuencias entre 20Hz y 20kHz.

• Ondas ultrasónicas: Frecuencias superiores a 20kHz.

Generalmente, el oído humano no puede oír ondas infrasónicas o ultrasónicas. Debido a su alta frecuencia y longitud de onda corta, las ondas ultrasónicas poseen una excelente direccionalidad y una fuerte capacidad de penetración.

El principio de las máquinas de limpieza ultrasónica

El principio principal de una máquina de limpieza ultrasónica implica un transductor. Este dispositivo convierte la energía acústica de una fuente de frecuencia ultrasónica en vibraciones mecánicas. Estas vibraciones se irradian hacia la solución limpiadora a través de las paredes del tanque de limpieza. Bajo la influencia de estas ondas ultrasónicas radiadas, las microburbujas del líquido mantienen su vibración.

Cuando la presión o intensidad acústica alcanza un cierto nivel, las burbujas se expanden rápidamente y luego se cierran repentinamente. Durante este proceso, en el momento en que la burbuja se cierra, genera una onda de choque. Esto crea una presión de 10¹² Pa a 10¹³ Pa alrededor de la burbuja. Esta presión masiva generada por la vaporización ultrasónica puede destruir contaminantes insolubles y dispersarlos en la solución.

La sinergia entre la vibración física y la química

Sin embargo, la vibración física por sí sola suele ser insuficiente para resolver grasas industriales complejas. En el proceso de limpieza ultrasónica , la formulación de agentes de limpieza químicos es crucial.

Las fórmulas tradicionales de desengrase ultrasónico a menudo incorporan NP-10 u OP-10 ( alquilfenol etoxilatos ) como tensioactivos centrales. Estas materias primas reducen significativamente la tensión superficial de la solución limpiadora. Esto permite que las burbujas de cavitación se generen más fácilmente en la interfaz aceite-suciedad y 'perforar' en los espacios de la capa de suelo. Al mismo tiempo, su fuerte capacidad de emulsificación encapsula rápidamente el aceite desprendido por el ultrasonido, evitando la deposición secundaria.

Dado que las regulaciones ambientales globales como REACH se vuelven cada vez más estrictas, los NP/OP-10 tradicionales están siendo eliminados debido a su escasa biodegradabilidad y toxicidad para la vida acuática. Actualmente, las series de éter de alcohol isomerizado de alto rendimiento (como el C18 producido por nuestra empresa) se han convertido en la corriente principal de la industria. Estas alternativas conservan la excelente penetración y poder desengrasante del NP-10 al tiempo que ofrecen una biodegradabilidad superior. También exhiben un rendimiento del punto de turbidez más estable en condiciones ultrasónicas de alta temperatura (40°C–60°C), lo que mejora significativamente la eficiencia de la limpieza y cumple con los requisitos de producción ecológica.

Análisis del mecanismo de limpieza

Las ondas ultrasónicas destruyen la adsorción entre la suciedad y la superficie de la pieza a limpiar. Por otro lado, provocan daños por fatiga en la capa de suciedad, permitiendo su despegue. La vibración de burbujas de tipo gas friega la superficie sólida. Una vez que hay un espacio en la capa de suelo, las burbujas lo "perforan" inmediatamente, lo que hace que la capa se caiga mediante la vibración.

Debido a la cavitación, dos líquidos inmiscibles se dispersan y emulsionan rápidamente en la interfaz. Cuando las partículas sólidas se envuelven en aceite y se adhieren a la superficie, el aceite se emulsiona y las partículas se caen por sí solas. A medida que el ultrasonido se propaga a través del líquido, genera presiones acústicas positivas y negativas alternas, formando chorros que impactan en las piezas de limpieza. Al mismo tiempo, los efectos no lineales producen transmisión acústica y microtransmisión, mientras que la cavitación ultrasónica genera microchorros de alta velocidad en la interfaz sólido-líquido. Todas estas acciones destruyen los contaminantes, eliminan o debilitan la capa límite del suelo, aumentan la agitación y la difusión, aceleran la disolución de la suciedad soluble y fortalecen el efecto limpiador de los detergentes químicos.

En consecuencia, la limpieza se produce allí donde llega el líquido y existe el campo acústico. Esta tecnología es especialmente adecuada para la limpieza de piezas con formas superficiales muy complejas. En particular, la adopción de esta tecnología reduce el consumo de disolventes químicos, lo que reduce en gran medida la contaminación ambiental.

Precauciones para el uso de máquinas de limpieza ultrasónica

1. Conexión a tierra: La fuente de alimentación de la máquina de limpieza por ultrasonidos y el calentador eléctrico deben tener un dispositivo de conexión a tierra confiable.

2. No funcionamiento en seco: Está estrictamente prohibido encender la máquina sin líquido limpiador. El interruptor ultrasónico no debe activarse a menos que el tanque de limpieza esté lleno con una cantidad suficiente de líquido.

3. Seguridad de la calefacción: Está estrictamente prohibido que los equipos de limpieza con dispositivos de calefacción enciendan el interruptor de calefacción cuando no haya líquido.

4. Protección del transductor: No golpee el fondo del tanque de limpieza con objetos pesados ​​(piezas de hierro) para evitar dañar los chips del convertidor de energía.

5. Estabilidad de voltaje: La fuente de alimentación del generador ultrasónico debe utilizar una línea separada de 220 V/50 Hz y estar equipada con un estabilizador de voltaje de 2000 W o superior.

6. Mantenimiento del tanque: El fondo del tanque de limpieza debe enjuagarse periódicamente. No debe haber exceso de residuos o suciedad.

7. Procedimiento de solución nueva: Cada vez que se reemplace el líquido, lave las piezas solo después de que se haya iniciado el ultrasonido (para desgasificar).