Nguyên tắc và biện pháp phòng ngừa làm sạch bằng siêu âm

Như đã biết, âm thanh mà con người nghe được bao gồm các tín hiệu âm thanh có tần số từ 20Hz đến 20.000Hz. Sóng âm có tần số trên 20.000Hz gọi là sóng siêu âm. Sự truyền sóng âm theo một đường cong hình sin dọc. Điều này có nghĩa là nó lan truyền qua các lớp áp suất cao và thấp xen kẽ.

Khi tín hiệu âm thanh yếu tác động lên chất lỏng, nó sẽ tạo ra một áp suất âm nhất định. Điều này dẫn đến sự hình thành nhiều bong bóng cực nhỏ trong chất lỏng. Ngược lại, khi một tín hiệu âm thanh mạnh tác động lên chất lỏng, nó sẽ tạo ra một áp suất dương làm vỡ những bong bóng nhỏ này.

Nghiên cứu đã chứng minh rằng khi sóng siêu âm tác động lên chất lỏng, mỗi bong bóng vỡ sẽ tạo ra sóng xung kích năng lượng cực cao. Điều này tương đương với nhiệt độ và áp suất cao tức thời lên tới hàng nghìn atm. Hiện tượng này được gọi là ' Hiệu ứng Cavitation .' Làm sạch bằng siêu âm sử dụng sóng xung kích do các bong bóng vỡ này tạo ra để làm sạch và chà sạch bề mặt bên trong và bên ngoài của phôi.

Phân loại sóng âm

Sóng âm có thể được chia thành ba loại: hạ âm, âm thanh và siêu âm.

• Sóng hạ âm: Tần số dưới 20Hz.

• Sóng âm: Tần số từ 20Hz đến 20kHz.

• Sóng siêu âm: Tần số trên 20kHz.

Nói chung, tai con người không thể nghe được sóng hạ âm hoặc siêu âm. Do tần số cao và bước sóng ngắn, sóng siêu âm có tính định hướng tuyệt vời và khả năng xuyên thấu mạnh mẽ.

Nguyên lý của máy làm sạch siêu âm

Nguyên lý chính của máy làm sạch siêu âm liên quan đến đầu dò. Thiết bị này chuyển đổi năng lượng âm thanh từ nguồn tần số siêu âm công suất thành các rung động cơ học. Những rung động này được tỏa vào dung dịch tẩy rửa thông qua thành của bể làm sạch. Dưới tác động của các sóng siêu âm bức xạ này, các vi bọt trong chất lỏng duy trì độ rung của chúng.

Khi áp suất hoặc cường độ âm thanh đạt đến một mức nhất định, các bong bóng sẽ giãn nở nhanh chóng rồi đột ngột đóng lại. Trong quá trình này, thời điểm bong bóng đóng lại, nó sẽ tạo ra sóng xung kích. Điều này tạo ra áp suất từ ​​10¹² Pa đến 10¹³ Pa xung quanh bong bóng. Áp suất lớn này được tạo ra bởi sự hóa hơi siêu âm có thể phá hủy các chất gây ô nhiễm không hòa tan và phân tán chúng vào dung dịch.

Sức mạnh tổng hợp giữa rung động vật lý và hóa học

Tuy nhiên, chỉ riêng rung động vật lý thường không đủ để giải quyết dầu mỡ công nghiệp phức tạp. Trong quá trình làm sạch bằng siêu âm , việc pha chế các chất tẩy rửa hóa học là rất quan trọng.

Các công thức tẩy nhờn siêu âm truyền thống thường kết hợp NP-10 hoặc OP-10 ( Alkylphenol Ethoxylates ) làm chất hoạt động bề mặt cốt lõi. Những nguyên liệu thô này làm giảm đáng kể sức căng bề mặt của dung dịch tẩy rửa. Điều này cho phép dễ dàng tạo ra bọt khí ở bề mặt phân cách dầu-bụi và 'khoan' vào các khoảng trống của lớp đất. Đồng thời, khả năng nhũ hóa mạnh mẽ của chúng nhanh chóng bao bọc phần dầu bị rung lắc bằng sóng siêu âm, ngăn chặn sự lắng đọng thứ cấp.

Với các quy định môi trường toàn cầu như REACH ngày càng trở nên nghiêm ngặt, NP/OP-10 truyền thống đang bị loại bỏ do khả năng phân hủy sinh học kém và độc tính đối với đời sống thủy sinh. Hiện nay, dòng ete rượu đồng phân hóa hiệu suất cao (chẳng hạn như C18 do công ty chúng tôi sản xuất) đã trở thành dòng sản phẩm chủ đạo trong ngành. Những lựa chọn thay thế này duy trì khả năng thẩm thấu và tẩy dầu mỡ tuyệt vời của NP-10 đồng thời mang lại khả năng phân hủy sinh học vượt trội. Chúng cũng thể hiện hiệu suất điểm vẩn đục ổn định hơn trong điều kiện siêu âm nhiệt độ cao (40°C–60°C), nâng cao đáng kể hiệu quả làm sạch và đáp ứng các yêu cầu sản xuất xanh.

Phân tích cơ chế làm sạch

Sóng siêu âm phá hủy sự hấp phụ giữa bụi bẩn và bề mặt bộ phận làm sạch. Mặt khác, chúng gây ra hiện tượng mỏi cho lớp bụi bẩn, khiến nó có thể bị bong ra. Sự rung động của bong bóng khí làm sạch bề mặt rắn. Khi có một khoảng trống trên lớp đất, các bong bóng sẽ "khoan vào" ngay lập tức, khiến lớp đất rơi ra do rung động.

Do hiện tượng xâm thực, hai chất lỏng không thể trộn lẫn được nhanh chóng phân tán và nhũ hóa ở bề mặt phân cách. Khi các hạt rắn được bọc trong dầu và bám chặt vào bề mặt, dầu sẽ bị nhũ hóa và các hạt tự rơi ra. Khi siêu âm truyền qua chất lỏng, nó tạo ra áp suất âm dương và âm xen kẽ, tạo thành các tia tác động đến các bộ phận làm sạch. Đồng thời, các hiệu ứng phi tuyến tạo ra dòng âm thanh và dòng vi mô, trong khi tạo bọt siêu âm tạo ra các tia siêu nhỏ tốc độ cao ở giao diện rắn-lỏng. Tất cả những hành động này sẽ tiêu diệt các chất gây ô nhiễm, loại bỏ hoặc làm suy yếu lớp đất ranh giới, tăng cường khuấy trộn và khuếch tán, đẩy nhanh quá trình hòa tan chất bẩn hòa tan và tăng cường hiệu quả làm sạch của chất tẩy rửa hóa học.

Do đó, quá trình làm sạch xảy ra ở bất cứ nơi nào chất lỏng có thể tiếp cận và tồn tại trường âm thanh. Công nghệ này đặc biệt thích hợp để làm sạch các bộ phận có hình dạng bề mặt rất phức tạp. Đáng chú ý nhất, việc áp dụng công nghệ này giúp giảm tiêu thụ dung môi hóa học, từ đó giảm đáng kể tình trạng ô nhiễm môi trường.

Thận trọng khi sử dụng máy làm sạch siêu âm

1. Nối đất: Nguồn điện của máy làm sạch siêu âm và lò sưởi điện phải có thiết bị nối đất đáng tin cậy.

2. Không chạy khô: Nghiêm cấm bật máy mà không có chất lỏng làm sạch. Công tắc siêu âm không được bật trừ khi bể làm sạch được đổ đầy đủ lượng chất lỏng.

3. An toàn sưởi ấm: Nghiêm cấm việc vệ sinh thiết bị có thiết bị sưởi ấm khi không có chất lỏng.

4. Bảo vệ đầu dò: Không dùng vật nặng (bộ phận bằng sắt) đập vào đáy bể làm sạch để tránh làm hỏng chip chuyển đổi năng lượng.

5. Ổn định điện áp: Nguồn điện của máy phát siêu âm nên sử dụng đường dây 220V/50Hz riêng và được trang bị ổn áp từ 2000W trở lên.

6. Bảo dưỡng bể: Đáy bể làm sạch phải được súc rửa thường xuyên. Không nên có quá nhiều mảnh vụn hoặc bụi bẩn.

7. Quy trình giải pháp mới: Mỗi lần thay chất lỏng, chỉ rửa các bộ phận sau khi bắt đầu siêu âm (để khử khí).