Ultraschall - une courte introduction

L'ultrason est utilisé en science et dans la technologie pour diverses applications. Ce qui suit décrit les bases physiques de l'ultrason.

L'effet des ultrasons à partir d'une fréquence de 20 kHz et une intensité de 0,1 W / cm² dans les milieux liquides provoque, par la forte contrainte alternée, des petites bulles de cavitation. Ces cavités les plus fines à faible pression interne sont dues à l'inertie du milieu et aux vibrations mécaniques induites. En raison de la pression externe du milieu, les bulles instables implosent après une courte croissance à haute pression et à des pics de température. Cela entraîne des forces de cisaillement élevées au niveau de la couche limite. Cet effet se produit surtout sur les bulles d'air ou les particules de saleté. La cavitation dans l'eau déclenche le bruit acoustiquement perceptible de l'équipement à ultrasons de haute puissance.

 

Cavitation

Dans les dispositifs de nettoyage à ultrasons, la cavitation favorise l'élimination des particules de saleté incrustée sur des objets solides. D'autres applications comprennent l'homogénéisation, dans laquelle des émulsions sont produites, ainsi que le dégazage de liquides. En raison de la très faible pression dans les bulles de cavitation, les gaz dissous dans le milieu passent à l'état gazeux. Lorsque les bulles de cavitation implosent, elles ne sont reprises par le milieu que jusqu'au point d'équilibre de la solution. Il s'agit de la sortie du gaz en excès du milieu. L'effet utilisé par exemple pour la sonification des substrats de biogaz, utilise les forces de cisaillement générées par la cavitation sur la couche limite solide-liquide et en résulte à la surface, ce qui conduit à une fragmentation et à une désintégration de particules cohérentes dans des milieux liquides.

La preuve de cet effet de cavitation peut être facilement obtenue avec ce que l'on appelle le test de feuille : une feuille d'aluminium de 0,01 à 0,02 mm d'épaisseur est étirée sur un cadre métallique, introduite dans le liquide et soniquée pendant 60 secondes. La cavitation provoque des perforations de la feuille, où il est facile de voir l'intensité et la distribution de la cavitation.

Le test de feuille

Utilisation de la cavitation pour le nettoyage

L'intérêt de l'effet nettoyant est basé sur le fait que la cavitation se produit principalement aux points d'inhomogénéité, c'est-à-dire précisément là où les impuretés adhèrent aux surfaces. La saleté elle-même, pour ainsi dire, attire la cavitation, qui finit par la dissoudre de la surface.
Ce processus est également connu sous le nom de «micro-brossage» ou «brossage électronique». L'ultrason est, cependant, une brosse aussi douce que rigoureuse, car l'effet de la cavitation, appliqué à court terme, laisse intactes les surfaces sensibles et se déploie partout où le liquide de nettoyage est présent. Le nettoyage par ultrasons est un moyen idéal de nettoyer les trous borgnes, les moletages, les rayures et toutes sortes de cavités difficiles d'accès manuellement. Les ensembles entiers, tels que les boîtes d'engrenages, n'ont pas besoin d'être démontés pour le nettoyage, mais peuvent être placés dans une cuve de nettoyage à ultrasons.
De même, le nettoyage par ultrasons convient aux pièces sensibles, telles que les composants électroniques, les cartes de circuits imprimés, les cellules de filtres électrostatiques inaccessibles, les soupapes diesel ou les injecteurs de voitures particulières. En médecine aussi, on utilise l'effet anti-saleté de la cavitation dans les hôpitaux et les pratiques de nettoyage et de réduction du temps de désinfection des instruments de coupe fine, des pièces d'endoscope et surtout des micro-instruments.