L’USO DEGLI ULTRASUONI NELLA PULIZIA INDUSTRIALE

Quando si parla di pulizia industriale, non ci si deve limitare a considerare la pulizia ambientale. Anche le macchine, gli stampi, gli strumenti che vengono utilizzati nei vari processi produttivi devono essere puliti. Dall’industria automobilistica a quella meccanica in genere, dalla fonderia in pressofusione allo stampaggio di plastica e gomma, dal settore medico ospedaliero e così via, occorre procedere al lavaggio e alla manutenzione di varie componenti; per esempio parti tornite e lavorate di grandi dimensioni, con fori o sagome difficili, come si possono trovare nel settore aerospaziale; oppure i costosissimi stampi industriali in alluminio, plastica, gomma, acciaio, che richiedono una pulizia rigorosa, determinante per la loro funziorraflità; oppure il lavaggio di precisione di pinze bioetiche, particolari di endoscopi, strumentario chirurgico.

Di solito i sistemi di manutenzione tradizionale sono particolarmente difficili e richiedono un notevole investimento di tempo, denaro, personale. C’è, invece, una tipologia particolare di cleaning, che consente di operare in economia, con ottimi risultati sul piano della precisione della pulizia e con la salvaguardia delle superfici trattate, anche di quelle più delicate e costose. Si tratta del sistema di lavaggio industriale a ultrasuoni, che permette di lavare, sciacquare, proteggere e asciugare ogni superficie, anche le più estese e irregolari, o le più piccole e delicate, con bassi costi di esercizio, e senza rischi, né per l’ambiente né per gli operatori.

CHE COSA SONO GLI ULTRASUONI

Gli ultrasuoni sono onde sonore che vibrano a frequenze superiori al limite massimo percepibile all’orecchio umano. Il processo di cleaning a ultrasuoni consiste nella produzione di onde acustiche nei liquidi. In un liquido, le onde ultrasonore, che vengono emanate da un apposito generatore elettronico e da un particolare transduttore, hanno fasi di compressione e di depressione che si alternano ad altissima velocità – la frequenza, che viene misurata in KHZ. Queste onde originano, nel liquido, il fenomeno della “cavitazione ultrasonora”.

Ma spieghiamoci meglio.

I liquidi sono costituiti da particelle, le molecole, che, rispetto ai solidi, hanno maggiore possibilità di movimento, e che, rispetto ai gas, sono soggette a una maggiore forza di attrazione. L’acqua, in particolare, è un liquido molecolare che bolle a 100 gradi centigradi, temperatura alla quale la pressione di vapore raggiunge il valore di 1 atmosfera.

La pressione di vapore è un concetto importante per capire poi il procedimento della cavitazione ultrasonora. Consideriamo un liquido, per esempio l’acqua, in un recipiente chiuso e sottoposto a riscaldamento. Le molecole superficiali del liquido passano allo stato di vapore e si dispongono nello strato superiore. Alcune di queste molecole di vapore condensano nuovamente allo stato liquido. Quando la velocità di evaporazione e quella di condensazione si eguagliano, il sistema ha raggiunto lo stato di equilibrio.

La pressione esercitata dalle molecole di vapore si definisce tensione di vapore, in cui valore dipende dalla temperatura. Perciò, se un liquido viene riscaldato, la tensione di vapore aumenta con la temperatura e quando eguaglia la pressione esterna, avviene 1’ebollizione. Che cosa succede quando si producono ultrasuoni in un certo quantitativo di acqua a temperatura ambiente?

CAVITAZIONE E IMPLOSIONE

Durante la fase di depressione acustica, all’interno del liquido si crea una moltitudine di bollicine di gas che si ingrandiscono fin a che dura questa fase (pressione negativa). Questa formazione di bollicine microscopiche di gas è l’inizio della cavitazione (che significa appunto formazione di cavità gassose all’interno di un liquido). Durante la fase di compressione ultrasonora, l’enorme pressione esercitata sulla bollicina appena espansa la comprime, aumentando notevolmente la temperatura del gas che vi è contenuto.

A un certo punto, la bollicina collassa, implodendo, e rilascia, conseguentemente, una enorme energia d’urto, che colpisce la superficie dell’oggetto da pulire, interagendo sia fisicamente che chimicamente.

Fisicamente ci sarà un fenomeno di “microspazzolatura” ad altissima frequenza (nel cleaning industriale si utilizzano frequenze tra i 20 e i 50 KHZ). Chimicamente, l’azione delle onde ultrasonore si combina con l’effetto detergente della sostanza chimica eventualmente presente nel liquido.

LE LAVATRICI ULTRASONORE

Il cleaning a ultrasuoni si effettua utilizzando “lavatrici” (ce ne sono di varie dimensioni), costituite da un serbatoio in acciaio inossidabile, munito di un generatore di frequenza e di un trasduttore ultrasonico. La potenza ultrasonica si crea convertendo l’energia elettrica del generatore in energia meccanica all’interno del trasduttore.

I generatori producono energia elettrica ad alta frequenza, che viene portata ai trasduttori tramite un cavo coassiale. La frequenza del generatore a ultrasuoni è importante, perché determina la dimensione delle bollicine di gas all’interno del liquido sottoposto al processo ultrasonoro. Maggiore è la frequenza del generatore e minore è la dimensione delle bollicine di cavitazione, al contrario, minore è la frequenza e maggiore sarà la dimensione delle bollicine. Una bollicina più grande avrà bisogno di un’energia maggiore per implodere e di conseguenza avrà anche una maggiore energia d’urto, mentre una bollicina più piccola necessita di un’energia minore per implodere e di conseguenza possiede un’energia d’urto inferiore.

Le frequenze alte permettono di generare molte più bollicine, permettendo una migliore cavitazione per unità di sanperfncie. Se può essere utile un esempio, la cavitazione fine ad alta frequenza può essere paragonata a una carta smeriglio a grana molto fine, mentre quella a bassa frequenza auna carta smeriglio a grana molto grossa.

LE COMPONENTI DEL PROCESSO

Un processo di pulizia a ultrasuoni deve tenere conto, oltre alla frequenza e alla potenza, anche della temperatura e del prodotto chimico. La temperatura della soluzione acquosa in un bagno di lavaggio a ultrasuoni è molto importante; infatti, l’intensità di cavitazione aumenta con l’aumentare della temperatura. Altro parametro importante è la pressione di vapore della soluzione detergente utilizzata. Un aumento della temperatura del liquido ne innalza la pressione di vapore, rendendo più facile la cavitazione: quindi, un alto valore di pressione di vapore abbassa fa soglia minima di cavitazione, creando molte più bolle che collassato, implodendo con un’energia più bassa.

Anche il detergente, per fornire risultati ottimali e per poter cavitare con efficienza, deve essere una soluzione acquosa, possibilmente con alta pressione di vapore, bassa tensione superficiale e a temperatura di 50°/60°C. Infatti, le onde vibratorie degli ultrasuoni raggiungono ogni singolo punto del liquido, dei pezzi e dei particolari che vi sono immersi.

Sollecitati dall’azione del detergente e della temperatura di lavaggio, tutti i residui (per esempio olio, grasso, paste di lavorazione, coloranti, grafite, metalloidi eccetera) vengono completarnerdte scomposti e disgregati nel liquido. Gli ultrasuoni raggiungono anche le parti nascoste e inaccessibili, per cui sono indicati anche per le parti meccaniche di precisione, in quanto non intaccano le superfici. Il sistema a ultrasuoni è considerato il più preciso sistema di pulizia attualmente conosciuto dalla scienza.