Co to jest odgazowywanie ultradźwiękowe?

 

Wprowadzenie do odgazowywania ultradźwiękowego:

 

Odgazowywanie ultradźwiękowe to proces usuwania rozpuszczonych gazów i/lub porwanych małych pęcherzyków z cieczy. Gazy usunięte z różnych cieczy, w tym wody, wosku świecowego, polimeru, żywicy epoksydowej, oleju silikonowego, klejów, powłok, napojów, tuszy, powłok, oleju transformatorowego, balsamów i produktów zawiesinowych, oleju silnikowego itp. Odgazowanie może znacząco poprawić jakość produktu końcowego (redukcja wad, poprawa estetyki itp.), w odróżnieniu od odgazowania próżniowego metodami przerywanymi, odgazowanie ultradźwiękowe można prowadzić w trybie przepływu ciągłego.

 

 

Zasada działania:

 

Ultradźwięki rozchodzą się od nadajnika dźwięku do ciekłego ośrodka, wytwarzając naprzemienne fazy ciśnienia dodatniego i ujemnego. Na etapie podciśnienia (rozcieńczania) ultradźwięki o wystarczająco dużym natężeniu mogą pokonać adhezję międzycząsteczkową i wygenerować w cieczy dużą liczbę mikropęcherzyków bliskich próżni. Pęcherzyki wdychają więcej gazu podczas rozszerzania się i uwalniają go podczas skurczu, co powoduje szybki wzrost objętości. Proces ten nazywany jest dyfuzją „ukierunkowaną” lub „rektyfikowaną”. Ze względu na równomierny rozkład pęcherzyków w cieczy i dużą powierzchnię całkowitą podczas kawitacji akustycznej w fazie gazowej, szybkość migracji rozpuszczonych gazów w całej objętej nią objętości cieczy jest szybka i równomierna. W rezultacie powstaje duża liczba oscylujących pęcherzyków, które zawierają gazy rozpuszczone wcześniej w płynnych mediach. Kiedy pęcherzyki przeskakują w polu ultradźwiękowym, przyspieszają i łączą się ze sobą, tworząc większe pęcherzyki. Proces ten przebiega szybko, aż pęcherzyki osiągną wystarczającą pływalność, unoszą się na cieczy i uwalniają uwięziony wcześniej gaz do otoczenia.

 

 

Zjawiska kawitacji:

 

Odgazowanie ultradźwiękowe spowodowane jest zjawiskiem kawitacji. Ultradźwięki przechodzące przez ciecz stale ją ściskają i rozszerzają. Ultradźwięki o wysokiej intensywności zapewniają energię niezbędną do rozproszenia fazy ciekłej. Po osiągnięciu maksymalnego ciśnienia następuje pęknięcie cieczy w punktach o słabej spójności. Po tym pęknięciu w miejscu pęknięcia pojawiło się nadciśnienie i stwierdzono obecność ubytków. W tych pustych przestrzeniach gaz rozpuszczony w cieczy po krótkim czasie eksploduje w postaci pęcherzyków.

 

 

 

Eksperyment z odgazowaniem ultradźwiękowym:

 

1. Usuwanie rozpuszczonych gazów (odgazowanie)

Wlać ciecz do szklanego pojemnika („próbka początkowa”) (bez celowego wprowadzania pęcherzyków, jest trochę zawieszonych pęcherzyków, ale większość usuwanego gazu zawiera rozpuszczone substancje lotne (1,5%)). Następnie poddaj próbkę działaniu ultradźwięków przez około 1 minutę i 15 sekund („ekspozycja na ultradźwięki”), podczas którego rozpuszczony gaz jest ekstrahowany z cieczy w postaci dużych zawieszonych pęcherzyków. Następnie odstaw na około 5 minut, aby pęcherzyki z wyekstrahowanym gazem wypłynęły na powierzchnię i pękły („powierzchnia pęcherzyków i pęknięcie”), w wyniku czego powstała „odgazowana próbka” pokazana na poniższym rysunku. Intensywność kawitacji ulega znaczącym zmianom podczas procesu ultradźwiękowego i czasami ten „skok intensywności” jest stosowany jako automatyczna metoda zakończenia procesu odgazowania.

Przyczyna jego występowania jest następująca: generator ultradźwiękowy pracuje w trybie stałej amplitudy: raz ustawiona amplituda ultradźwiękowa pozostaje zawsze na tym samym poziomie. Moc dostarczana przez generator jest automatycznie dostosowywana na zasadach podobnych do stosowanych w tempomacie samochodowym, zwiększając moc silnika, aby utrzymać stałą prędkość (w naszym przykładzie amplitudę) podczas jazdy pod górę. Kiedy lotne frakcje zostaną całkowicie odgazowane z oleju, ich właściwości nagle się zmieniają: kawitacja przechodzi w stan pęcherzyków próżniowych zamiast w stan nadmuchanych pęcherzyków. Przy tym samym ustawieniu amplitudy spowoduje to większe zużycie energii, co prowadzi do „skoku” intensywności kawitacji.

 

 

2. Usuń zawieszone pęcherzyki (odgazowanie)

W pierwszej kolejności należy za pomocą ręcznego miksera wprowadzić do płynu bąbelki („wprowadzenie bąbelków”). Następnie poddaj próbkę działaniu ultradźwięków na około 1 minutę i 15 sekund („ekspozycja na ultradźwięki”), podczas którego małe zawieszone pęcherzyki łączą się w większe pęcherzyki o większej wyporności. Po tym etapie następuje okres odstania trwający około 5 minut, w którym duże pęcherzyki wypływają na powierzchnię i pękają („powierzchnia pęcherzyków i pękanie”), w wyniku czego powstaje „odgazowana próbka” pokazana na poniższym rysunku.

 

 

Korzyść:

 

1. W porównaniu z innymi procesami odgazowywanie ultradźwiękowe nie wymaga wysokiej temperatury, wysokiego ciśnienia, dobrego bezpieczeństwa, prostej obsługi i wygodnej konserwacji.

2. W porównaniu z metodami konwencjonalnymi sprzęt ultradźwiękowy jest prosty, ma niskie koszty produkcji i znaczne kompleksowe korzyści ekonomiczne.

3. Ma szerokie spektrum i szerokie zastosowanie, a zdecydowaną większość cieczy można odgazować za pomocą ultradźwięków.

4. Utrzymuj spójny efekt płynnego materiału.

5. Wyeliminuj rozpuszczone gazy i/lub porywane pęcherzyki, które zakłócają zamierzone użycie cieczy.

6. Popraw wygląd podczas odgazowywania, homogenizowania i przedłużania okresu przydatności cieczy.