Дегазация — и ультразвуковая обработка жидкостей. Жидкости являются прекрасной средой для распространения в них высокочастотных механических колебаний, называемых, для простоты, ультразвуковыми. Если жидкость неоднородна, то есть: содержит в себе растворённый газ, или является смесью нескольких жидкостей (эмульсия), или является взвесью твёрдых частиц (суспензия), или содержит растворённые соли, то обработка такой жидкости интенсивным ультразвуком приводит к очень интересным физическим эффектам. Растворённые в жидкости газы начинают из неё выделяться – это называется дегазация. Эмульсии или разделяются на компоненты (коагулирование) или, наоборот, перемешиваются до неразделимого состояния. Твёрдые частицы в суспензиях или быстро оседают или, наоборот, приобретают особую плавучесть. Растворённые в жидкости соли переходят в нерастворимую форму и выпадают в осадок. Если жидкость контактирует с пористым веществом, то под действием ультразвука она начинает активно проникать в поры этого вещества – это называется капиллярный эффект. И все эти эффекты применяются в технологических процессах.
Популярность ультразвукового оборудования для обработки жидкостей вызвана тем, что ультразвуковое оборудование не требует расходных материалов, не имеет вращающихся частей и уплотнений и имеет практически неограниченный ресурс. Если, конечно, применяет магнитострикционные излучатели ультразвука, как наше акустическое «Акустик-Т4Д-40», а не пьезокерамические.
Ультразвуковая дегазация — – это уменьшение содержания газа в жидкости, (находящегося в ней как в растворённом состоянии, так и в виде пузырьков) под воздействием колебаний ультразвукового диапазона. Различают два режима дегазации – кавитационный и докавитационный, и, для реализации каждого из них, применяется свой тип ультразвуковых устройств. Ультразвуковые устройства, создающие кавитацию, работают эффективно, но, во-первых, потребляют киловатты электроэнергии, а, во-вторых, используют пьезокерамические излучатели ультразвука, которые требуют частой замены, так как имеют ограниченный ресурс.
Для предкавитационной ультразвуковой дегазации нами разработано и внедрено в промышленность устройство «Акустик-Т4Д-40» с неохлаждаемыми ультразвуковыми преобразователями из нержавеющей стали. Устройство для ультразвуковой дегазации «Акустик-Т4Д-40» незначительно уступает «кавитационным» устройствам по времени обработки жидкости, но, за счёт применения магнитострикционных излучателей ультразвука, имеет практически неограниченный ресурс и потребляет всего 700 Вт электроэнергии. Описать области применения предкавитационных акустических устройств «Акустик-Т4Д-40» для дегазации и различные способы подачи ультразвука в жидкость в короткой статье не представляется возможным. Это удаление метана из сточных вод, дегазация воды для пищевой промышленности и многое другое.
Ультразвуковая обработка эмульсий (ультразвуковое перемешивание). При воздействие ультразвука на эмульсию (жидкость-жидкость) могут иметь место два противоположных физических эффекта: 1. Эмульгирование – уменьшение размеров частиц жидкостей и их глубокое, неразделимое перемешивание. 2. Коагуляция – слияние однородных частиц жидкостей с дальнейшим их полным расслоением. Эмульгирование осуществляется как в кавитационном режиме, так и в предкавитационном, и широко применяется в пищевой промышленности. На наш взгляд, предкавитационый режим предпочтителен (см.раздел «ультразвуковая дегазация»). С УЗ коагуляцией дело оказалось более сложным. Ультразвук малой интенсивности не даёт нужного эффекта, поэтому экспериментаторы идут по пути повышения интенсивности озвучивания, вплоть до кавитации. Но интенсивный ультразвук, особенно кавитация, запускает процесс в противоположную сторону. И вместо двух жидкостей получается одна, и уже неразделимая. У нас есть успешный опыт ультразвукового коагулирования, но тут много тонкостей, которые лежат за пределами данной статьи.
Ультразвуковой капиллярный эффект. Если жидкость контактирует с пористым веществом, то под действием ультразвука она начинает активно проникать в поры этого вещества. Эффект используется при засолке рыбы, окрашивании тканей, промывке фильер и многое другое.
Есть большое разнообразие технологических задач, в которых ультразвуковая обработка жидкости с помощью акустических устройств «Акустик-Т4Д-40» будет наилучшим решением. Также нашим предприятием производятся устройства во взрывобезопасном исполнении по ТР ТС 012/2011 и устройства с с рабочей температурой преобразователя +400°С. Звоните, пишите – мы поможем подобрать оптимальный по критерию эффективность/затраты вариант ультразвуковой дегазации с помощью акустических устройств «Акустик-Т4Д-40».
В сегодняшней статье мы затронем очень интересное явление, которое носит название «дегазация». Разберемся зачем нужна дегазация. Вы, наверное, замечали, как в процессе работы ультразвуковой мойки в жидкости появляются пузырьки воздуха. Они берутся там не просто так. Перед прочтением статьи давайте вспомним курс школьной химии и физики. В воде могут растворяться газы. Более того, они там есть всегда и это называется нормальной концентрацией газов в жидкости. Благодаря этому явлению рыбы могут дышать в воде, поскольку в ней растворен кислород. Не стоит думать, что дистиллированная вода решит вопрос с растворенными газами. Они там тоже есть, просто их концентрация значительно ниже чем в водопроводной. Наличие газов в жидкости это хорошо или плохо? Давайте разберемся!
Что такое дегазация
Наличие газов в жидкости носит двоякий характер. Положительный эффект достигается только тогда, когда нам необходимо данное насыщение. А полезно ли оно для очистки ультразвуком? Как оказалось – нет. Ниже мы рассмотрим почему именно он вреден, а сейчас поговорим о том, как от него избавиться.
Для данной проблемы есть решение – дегазация жидкостей. Процесс дегазации позволяет удалить излишки газов из жидкости. По факту можно выделить два основных метода дегазации:
Зачем нужна дегазация
Зачем нужна дегазация? Причины по которым дегазация по умолчанию является крайне желательным процессом множество, но среди них есть самая главная – повышение эффективности очистки ультразвуком. Давайте вспомним, как происходит наш процесс.
При запуске ультразвуковых генераторов появляется эффект кавитации. Происходит стабильный процесс образования-схлопывания областей с воздушными пузырьками, который вызывает гидроудары на поверхности предмета. Стоит отметить, что поверхность предмета имеет свою геометрию, а еще на ней есть загрязнения, которые имеют свою форму (впадины, трещины и т.д.). Все неровности поверхности приводят к появлению интерференции и дифракции волн. При наличии растворенных газов в жидкости происходит их выделение под действием ультразвука. В месте образования воздушного пузыря мы можем получить эффект «стоячей волны».
Данный эффект негативно сказывается на всем процессе очистки, понижая его КПД. Пузырьки газа не схлопываются, а остаются на месте. При этом, ультразвук уже не может выполнить свою работу качественно. Размеры подобных областей могут отличаться на несколько порядков. При микроскопических размерах они будут не заметны глазом, а поверхность после цикла очистки будет выглядеть плохо очищенной. Граничные размеры таких областей составляют около 5мм что уже хорошо заметно глазом. После цикла это будет выглядеть как неочищенное пятно. Согласитесь, выглядит неочень и совсем не радует! На помощь приходит ультразвуковая дегазация.
Случаи, в которых дегазация «спасет жизнь»:
Ультразвуковая дегазация (как вид)
Как мы написали выше, ультразвуковая дегазация способна помочь в повышении общего КПД процесса очистки.
Различают два режима ультразвуковой дегазации:
В докавитационной дегазации скорость изменения концентрации газов пропорциональна интенсивности звука. Использование прямых зависимостей не дает максимального эффекта. В условиях кавитации скорость изменения концентрации также пропорциональна интенсивности звука, однако рост интенсивности процесса связан на прямую с ростом самой кавитации. Другими словами, кавитация значительно ускоряет процесс дегазации.
В зависимости от вида загрязнения общий КПД процесса очистки за счет дегазации может быть повышен до +130% от обычной работы. Мы разработали УЗ мойки TUS-JP, которые способны выполнять ультразвуковую дегазацию с применением пульсирующей очистки специально в помощь нашим клиентам. В данный момент их еще нет в свободном доступе для заказа на сайте, однако они доступны по предзаказу. Вы можете связаться с нашими менеджерами для уточнения деталей.
Надеемся, мы дали развернутый ответ на вопрос «Зачем нужна дегазация». Если у Вас есть вопросы – можете задать их в комментарии к данной статье.
Быстрый рост технологий порождает трудности в процессе выбора. Ведь за каждую дополнительную функцию в устройстве приходится платить. И ультразвуковые ванны – не исключение. Сегодня их возможности все чаще расширяются за счет использования дополнительных функций. И одна из них – дегазация. Предлагаем вам разобраться, что это за опция и нужна ли она в вашей работе.
Дегазация и ее встраивание в процесс очистки
Принцип работы УЗВ основан на прохождении ультразвука через жидкость и активацию в ней процесса кавитации – образования мелких пузырьков газа, которые лопаются и тем самым очищают поверхность погруженного в мойку предмета. Вместе с тем, стоит иметь ввиду, что в воде имеются не только пузырьки кавитации, но и природные газы – кислород, углекислота и другие. И это способно сказаться на качестве работы:
Обилие газов в воде вызывает чрезмерное образование кавитационных пузырьков и их устойчивость к удару ультразвуковой волны;
В результате на поверхности предмета образуется «газовая подушка», затрудняющая процесс очистки;
Особенно часто это сказывается при работе с мелкими деталями или покрытыми масляной пленкой – в результате скопления газов на их поверхности остаются загрязнения;
Увеличиваются и сроки очистки, что не может не сказаться на производственном процессе.
Поэтому, задуматься о приобретении УЗВ с функцией дегазации стоит. Ведь она исключит риск плохой очистки и простоя в работе, обеспечит наиболее качественную подготовку деталей к дальнейшей обработке – фрезеровке, сверлению и прочим процессам.
Два типа дегазации и их особенности
Функция устранения газов из жидкости в УЗВ реализуется двумя способами. Первый – это устранение их еще до процесса обработки предметов, вторая – ликвидация воздушной подушки в ходе работы устройства. Первый вариант хорош для краткосрочных циклов:
Обработке металлов и камней в ювелирном деле;
Очистке хирургического и косметологического инструмента;
Базовых процессов в научных лабораториях.
Постоянная дегазация необходима:
В автомобилестроительной отрасли и частных сервисах. Детали, покрытые масляной смесью, требуют более долгого процесса очистки;
На производстве металлических изделий. В частности, для токарных и слесарных работ требуется безупречная чистота деталей;
При применении активных моющих средств, которым свойственна химическая активность.
Стоит принять во внимание и тот факт, что дегазация влияет и на сроки службы оборудования, стоимость его эксплуатации. Сокращая процесс очистки едва ли не вдвое, она сокращает расходы на электричество, а более эффективная очистка ускоряет все рабочие циклы. Обязательно подумайте над покупкой ультразвуковой ванны с функцией дегазации. Ведь вложенные сегодня деньги многократно окупятся вам в последующие годы службы.
В предыдущей части мы узнали из чего состоит устройство и как его настроить. Научились правильно рассчитывать резонансный дроссель и многие другие тонкости в этом ремесле.
Настало время водных процедур. Нальем воды примерно на одну четверть от всего объема. Регулируем частоту до момента пока не начнут образовываться забавные структуры из кавитационных пузырьков, называемые в народе паутинками. Эти подвижные молочные сгустки из которых вьются «щупальца», напоминают стримеры электрических разрядов в плотных средах. Хотя природа их конечно другая.
Попробуем опустить кусок фольги. Такой способ используют для объективной оценки силы кавитации образованной в ультразвуковых средах. Она разрушает оксидную пленку на поверхности фольги.
Доливаем в гастроемкость остатки воды и у нас получается ровно литр. Крутим ручку и находим резонанс. Видно что области кавитации распределены неоднородно, они гуляют в такт с бултыханием поверхности воды. Жизнь маленьких пузырьков сложна и удивительна. Они колеблются, растут, достигают критического размера и затем схлопываются.
При схлопывании пузырька внутри него образуется сходящаяся ударная волна. В результате в жидкости образуются локальные участки с очень высоким давлением и температурами (до 10 тысяч градусов). Именно из-за таких кавитационных пузырьков даже обыкновенная вода становится химически активной. Вот такая разрушительная сила таится вокруг нас.
Вернёмся к резонансу. С малым количеством воды максимум что происходит так это фигуры Хладни, которые зависят от частоты. Дольем немного жидкости и резонанс уйдет, зато если найти резонанс снова эффект работы уже будет похож на увлажнитель воздуха. Если налить много воды, то получим курган на поверхности. В общем уровень жидкости нужно подбирать экспериментально. Даже наблюдал режимы, когда жидкость сама испарялась из корпуса гастроемкости, который казался скользким как лед если трогать его пальцами. Кусок фольги прекрасно демонстрирует эффект вибрационного скольжения по дну ванны. Чем-то напомнило аэрохокей в местном развлекательном парке.
Насыпим немного волшебного порошка для получения фигур Хладни образуемые скоплением мелких частиц вблизи пучностей или на узловых линиях на поверхности упругой колеблющейся пластинки. Названы рисунки в честь немецкого физика Эрнста Хладни, обнаружившего этот Эффект.
С принципом работы разобрались, теперь можно переходить к следующей части. Хомякам была поставлена задача наскрести по сусекам всякого барахла с чем они неплохо справились. Но прежде чем начать облучать ультразвуком раритетные вещи проверю эффективность чистки на своих пальцах. По ощущению похоже на акупунктуру, как будто куча иголочек одновременно колет тебя в палец. А что за белая хрень отделилась от кожи, даже знать не хочу. Делать так точно не стоит!
Посмотрим что произойдет со ржавыми железками. Из интересных экземпляров нашлась пряжка времен древней руси, и здоровенный болт который руками фиг открутишь. Обратимся за помощью к обычному столовому уксусу, который как известно отлично справляется со всякими следами ржавчины. Наливаем его в небольшом количестве, чтобы уровень возвышался над деталями примерно на сантиметр. Короче не жалеем кислоты. Кладем на дно кусок железки, ждем пару минут, после запускаем гравицапу
Теперь о результатах. Так выглядели железки до чистки, а так после. Удивил старый гвоздь, на нем стали видны все результаты многолетнего разрушения металла.
Пряжка на удивление оказалась бодрой в плане разрушений, видимо кузнец знал толк в своем деле. Гайка без усилий начала откручиваться правда под ней еще остались следы ржавчины, но это ничего учитывая что чистка идет даже в таких труднодоступных местах.
На плашке стали читаемы все надписи, а режущая часть внутри вернула свою первоначальную молодость. Весь процесс занял ни много ни мало — два часа. Много скажете вы?! Ой да ладно!
Такой шмат железа является хорошей нагрузкой для ультразвуковой системы. Потому для нормального результата нужно время. Теперь место ржавой плашки стала ржавая вода. Так же порадовал вид пряжки, впервые за многие века она зашевелилась. Приспособлю ее к своим наручным часам.
Еще один интересный эффект обнаружился когда уксуса в ванне стало маловато. Весь объем жидкости с средины пытался куда-то испариться. Полагаю там просто область повышенного давления, которая выталкивается в область пониженного давления.
Вот еще пример, Копейка и Деньга до чистки.
А так выглядит после чистки. Мне вот интересно, реставраторы монет пользуются таким методом? В любом случае в такой вариации ультразвуковой ванны можно подобрать время и мощность чистки, для оптимального результата.
Проведем еще один эксперимент, это два медных солида Яна Казимира из средневековья.
Один экземпляр окунем в гастроемкость, а другой попробуем почистить в динатриевой соли, второе название которой Трилон Б.
Так как пошла такая жара, возьмем целую горсть монет и докинем их к первому солиду, который уже принимает лечебные ванны. Это уберет с монет всю грязь и визуально будет понятно как же действует Трилон Б. Берем чайную ложку этого замечательного порошка и разводим его в стакане с водой. Чем больше динатриевой соли тем сильней будет эффект, но не стоит сильно увлекаться, так как данная пропорция у меня оказалась ну уж слишком активной.
Закидываем горсть ранее чищенных монет на которых еще остались окислы, грязь и прочее. Через пару минут можно наблюдать как на дне пошла реакция и раствор начал приобретать зеленый цвет. Вообще более правильней будет выставить все монеты ребром, так реакция будет проходить равномерней.
На следующее утро раствор аннигилировался и превратился в голубой цвет, прям как в том коктейле который подают на пляжах Малибу. Перемещаем образец в корыто с обычной водой. Трилон Б преобразовал все окислы в коричневое болото. Теперь монета оголит свое тело в лучах кавитационных лучей.
Конечный результат. Металл на котором нет ни грязи ни солей под патиной ни самой патины, ничего нет. Монета убита. Вот пример до чистки, после чистки в воде и после чистки в трилоне. Грусть тоска печаль.
Можно попробовать вернуть вид монете старым добрым способом. Железной щеткой полируем монету до блеска.
Искусственную патину сделаем с помощью 33 процентной серной мази, купленной в аптеке через дорогу. В первые секунды после втирания видно как тело монеты темнеет. Медь вступает в реакцию.
На следующий день мягкой тканью трем монету до появления рельефа и всех букв. В любом случае такая монета более читабельна чем была. Но эти раковины на рельефе… Короче никогда так не делайте!
В следующем опыте набрызгаем немного мыльного «Ушастого няня» в гастроемкость и нальем немного воды. Такой щелочной раствор хорошо чистит серебро и золото от всякой налипшей органической грязи. Особенно это актуально если украшения имеют сложную форму. С труднодоступными местами ванна легко справляется. Именно по этой причине миллионы людей покупают у китайцев подобные агрегаты.
Если вместо мыла налить в емкость спирто-бензиновый раствор, то можно чистить печатные платы от канифоли. Используя уайт-спирит, можно чистить кисти Айвазовского. Фирмы по ремонту принтеров подобным способом чистят забитые дюзы и сопла в картриджах, используя специальную промывочную жидкость.
Время подвести итоги. Кто-то наверняка скажет зачем мне заниматься подобной ерундой, если можно купить подобную ванну на алиэкспресс всего за 30 баксов?! Там написано 50 Вт и все такое. Пожалуйста. На китайских колонках и лазерных указках тоже написано 50 Вт, но это вовсе не означает что все именно так. В дешевых мойках дохлые пьезики и мощности достаточной для развития кавитации на них просто не получить, даже заменив родной генератор на более мощный.
В 2020 году мы планируем завершить промышленный вариант ультразвуковой ванны, аналогов которой на рынке мы не встречали. Она рассчитана на 100 Вт с возможностью регулировки мощности. Подогрев, сенсорное управление, дегазация и многие другие функции которые вам несомненно понравятся. За всеми актуальными новостями вы можете следить в нашем Instagram
