Le principe des ultrasons

Technologie
Des systèmes de transducteurs piézocéramiques sont utilisés pour générer les vibrations ultrasoniques. Ceux-ci sont collés au réservoir oscillant et contiennent un disque piézocéramique qui se dilate ou se contracte lorsqu’une tension est appliquée. Pour générer des ultrasons, un générateur haute fréquence est utilisé pour convertir la fréquence du réseau de 50 Hz à au moins 20 kHz. La fréquence de résonance d’un système de vibration ultrasonique est définie par l’assemblage et ne peut être modifiée après la fabrication.

Fréquences
Des fréquences de 20 kHz à 400 kHz sont couramment utilisées. Les basses fréquences autour de 20 kHz produisent des bulles de plus grand diamètre avec une pénétration plus puissante, tandis que les fréquences plus élevées à partir de 35 kHz sont plus adaptées au nettoyage intensif et doux des surfaces. La fréquence courante pour les particules d’un diamètre supérieur à 1 µm est d’environ 200 kHz. La gamme de fréquences allant de 400 kHz à 1,2 MHz est également appelée mégasonique dans la littérature technique. Ici, les particules d’un diamètre inférieur à 1 µm sont détachées de manière optimale. La fréquence requise est déterminée par la plus petite ouverture ou structure qui peut être nettoyée par le son.

Application
L’utilisation de solvants, d’acides ou d’alcalis renforce considérablement l’effet nettoyant des bains à ultrasons. En particulier, la tension superficielle de l’eau doit être réduite à l’aide d’une préparation de nettoyage appropriée pour un nettoyage efficace par ultrasons. Aucun liquide inflammable n’est utilisé comme agent de nettoyage, car les ultrasons provoquent toujours un apport de chaleur dans le liquide, ce qui pourrait entraîner l’inflammation du liquide du bain si la température d’inflammation est dépassée. Les bains à ultrasons sont également utilisés dans la préparation des échantillons pour cliver, c’est-à-dire fragmenter, les substances biologiques dans le laboratoire d’analyse. Les bains à ultrasons sont utilisés pour la désintégration des cellules ou pour cisailler l’ADN.

Équipement à ultrasons
Les équipements de nettoyage par ultrasons sont souvent utilisés pour nettoyer des composants de petite taille, complexes et finement structurés. Par exemple, les bijoutiers, les orfèvres, les techniciens dentaires, les horlogers et les opticiens utilisent des bains de nettoyage à ultrasons pour nettoyer leurs produits. Dans l’industrie médicale, les bains à ultrasons à haute performance sont utilisés pour le retraitement des instruments chirurgicaux. Les résidus de sang et de tissus peuvent être dissous efficacement des joints des instruments. En outre, les ultrasons raccourcissent le temps d’exposition nécessaire aux désinfectants. Dans l’industrie automobile, les bains à ultrasons sont utilisés pour nettoyer les carburateurs, les bougies d’allumage et les buses d’injection. Les systèmes de nettoyage par ultrasons industriels de plus grande taille sont utilisés pour le nettoyage de pièces brutes, par exemple pour le traitement de surface (galvanoplastie).

Structure
Le système se compose d’un réservoir rempli de liquide, éventuellement chauffable, d’un ou plusieurs transducteurs ou oscillateurs à ultrasons et d’un générateur qui alimente le ou les transducteurs en énergie électrique à haute fréquence. Les transducteurs de son peuvent être collés à la fois directement sur l’extérieur des parois et sous le fond du réservoir. Avec cette conception, les ultrasons sont alors introduits directement dans le liquide via les parois et/ou le sol. Une autre variante est le transducteur dit submersible, qui est suspendu dans le liquide ou fixé à des supports dans le réservoir. Enfin, il existe des transducteurs à plaque qui sont bridés à une ouverture correspondante dans la paroi du réservoir. Les dispositifs sont généralement fabriqués en acier inoxydable. La disposition et la répartition des transducteurs sonores doivent être telles qu’un champ sonore non statique, uniformément puissant, soit créé. Dans certains cas, la fréquence est modulée pour éviter les ondes stationnaires. Une fonction de dégazage du liquide de nettoyage n’est pas rare non plus. Ici, la puissance de sortie de l’appareil est pulsée pour permettre aux éventuelles bulles de gaz de remonter à la surface. En arrière-plan, il y a la mauvaise formation des bulles de cavitation en présence de bulles de gaz, car celles-ci absorberaient la puissance. La puissance sonore minimale requise pour un bon résultat de nettoyage est d’environ 10-20 watts par litre de liquide de nettoyage. Les générateurs de son nécessitent une distance minimale de 1 à 2 cm pour former un champ sonore homogène. Le contact des personnes avec un bain à ultrasons actif entraîne une atteinte à la structure cellulaire et doit être évité.