Vasca a ultrasuoni

Vasche ad ultrasuoni

Le vasche ad ultrasuoni sono uno strumento di pulizia sviluppato, a livello industriale, a metà del secolo scorso. Dal 1970 circa questa tecnologia è disponibile anche per uso domestico. Una macchina pulitrice di questo tipo sfrutta la generazione di onde ultrasoniche in un apposita soluzione solvente per pulire in profondità oggetti anche di fattura molto complicata. Il liquido solvente può essere costituito da semplice acqua, con eventuale aggiunta di eventuali prodotti tensioattivi (e.g. saponi liquidi), o da solventi specifici per il pezzo da pulire. Le pulitrici ad ultrasuoni vengono impiegate per la pulizia di svariati oggetti come parti ottiche (lenti, oculari ecc.), orologi, strumenti chirurgici, protesi dentarie, penne stilografiche, mazze da golf, armi da fuoco, gioielli, pezzi industriali e componenti elettronici.

Principio di funzionamento - Le pulitrici ultrasoniche sfruttano il fenomeno della cavitazione. A dispetto di quanto potrebbe far credere il nome, gli ultrasuoni non hanno alcun effetto pulente, essi sono solo lo strumento che genera il fenomeno della cavitazione. La cavitazione è un fenomeno che consiste nella formazione di bolle di vapore all'interno di un fluido che, successivamente, implodono con estrema violenza. La cavitazione è un fenomeno simile all'ebollizione ma, mentre nell'ebollizione è la tensione di vapore che salendo (a causa dell'aumento di temperatura) supera la pressione idrostatica e crea bolle di vapore meccanicamente stabili, nella cavitazione è la pressione del liquido che scende improvvisamente al di sotto della tensione di vapore facendo creare una bolla che resiste fino a che è nella zona di bassa pressione idrostatica, ma che imploderà violentemente al risalire della pressione (fig. 1).

figura formazione bolle

Durante l'implosione, il fluido circostante riempie immediatamente il vuoto creato dal collassamento della bolla. In acqua libera questo fenomeno è simmetrico, ma in presenza di un oggetto immerso, che genera una disontinuità, il violento flusso di liquido che va a riempire lo spazio della bolla è asimmetrico e genera un'intensa onda d'urto orientata verso la superficie[1]. Questa onda d'urto è la responsabile dell'effetto pulente. Nello specifico, le bolle di cavitazione che implodono vicino o sulla superficie da pulire generano dei micro burst, orientati verso la discontinuità, in grado di staccare contaminanti ed altre parti di sporco che aderiscono alla superficie. Il collassamento della bolla è un fenomeno estremamente violento, localmente si raggiungono pressioni fino a 20,000 psi e picchi locali di temperatura che possono arrivare a 5,000K[2]. Coleman et al[3] sono riusciti a riprendere il momento dell'implosione di una bolla in prossimità di una superficie (fig. 2).

figura bolla implodente

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Bibliografia

[1] Yuanxiang Yang, Qianxi Wang, and Soon Keat Tan - The roles of acoustic cavitations in the ultrasonic cleansing of fouled micro-membranes in Journal of Acoustical Society of America vol. 133 issue 5, May 2013

[2] Arnim Henglein, Maritza Gutierrez - Sonochemistry and sonoluminescence: effects of external pressure in The Journal of Physical Chemistry vol. 97 issue 1, Jan 1993

[3] Andrew J. Coleman, John E. Saunders, Lawrence A. Crum, Mary Dyson - Acoustic cavitation generated by an extracorporeal shockwave lithotripter in Ultrasound in Medicine and Biology vol 13 issue 2, Feb 1987

[4] Lawrence Azar - Cavitation in Ultrasonic Cleaning and Cell Disruption in Controlled Environments Magazine - Jan, 2009