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Le ''vasche ad ultrasuoni'' sono uno strumento di pulizia sviluppato, a livello industriale, a metà del secolo scorso. Dal 1970 circa questa tecnologia è disponibile anche per uso domestico<ref>Paul Wahal - ''Put sound waves to work in your workshop'' in Popular Science, March 1970.</ref>.

Le ''vasche ad ultrasuoni'' sono uno strumento di pulizia sviluppato, a livello industriale, a metà del secolo scorso. Dal 1970 circa questa tecnologia è disponibile anche per uso domestico<ref>Paul Wahal - ''Put sound waves to work in your workshop'' in Popular Science, March 1970.</ref>.

Una macchina pulitrice di questo tipo sfrutta la generazione di onde ultrasoniche in un apposita soluzione solvente per pulire in profondità oggetti anche di fattura molto complicata.  

Una macchina pulitrice di questo tipo sfrutta la generazione di onde ultrasoniche in un apposita soluzione solvente per pulire in profondità oggetti anche di fattura molto complicata.  

Le pulitrici ultrasoniche sfruttano il fenomeno della ''cavitazione''. A dispetto  di quanto potrebbe far credere il nome, gli ultrasuoni non hanno alcun effetto ''pulente'', essi sono solo lo strumento che genera la cavitazione.  

Le pulitrici ultrasoniche sfruttano il fenomeno della ''cavitazione''. A dispetto  di quanto potrebbe far credere il nome, gli ultrasuoni non hanno alcun effetto ''pulente'', essi sono solo lo strumento che genera la cavitazione.  

[[File:Bolla_di_cavitazione.gif|thumb|Fig. 1 - La formazione ed implosione di una bolla di cavitazione]]

 

[[File:Schema-Bolla-Cavitazione.gif|thumb|Fig. 1 - La formazione ed implosione di una bolla di cavitazione]]

 

La cavitazione è un fenomeno che consiste nella formazione di bolle di vapore all'interno di un fluido che, successivamente, implodono con estrema violenza. Apparentemente è molto simile all'ebollizione ma, mentre nell'ebollizione è la tensione di vapore che salendo (a causa dell'aumento di temperatura) supera la pressione idrostatica e crea bolle di vapore meccanicamente stabili, nella cavitazione è la pressione del liquido che scendendo improvvisamente al di sotto della tensione di vapore fa si che si crei una bolla che è stabile solo fino a quando rimane nella zona di bassa pressione idrostatica, ma che implode violentemente al risalire della pressione (fig. 1).

La cavitazione è un fenomeno che consiste nella formazione di bolle di vapore all'interno di un fluido che, successivamente, implodono con estrema violenza. Apparentemente è molto simile all'ebollizione ma, mentre nell'ebollizione è la tensione di vapore che salendo (a causa dell'aumento di temperatura) supera la pressione idrostatica e crea bolle di vapore meccanicamente stabili, nella cavitazione è la pressione del liquido che scendendo improvvisamente al di sotto della tensione di vapore fa si che si crei una bolla che è stabile solo fino a quando rimane nella zona di bassa pressione idrostatica, ma che implode violentemente al risalire della pressione (fig. 1).

Durante l'implosione, il fluido circostante riempie immediatamente il vuoto creato dal collassamento della bolla. In acqua libera questo fenomeno è simmetrico, ma in presenza di un oggetto immerso, che genera una discontinuità, il violento flusso di liquido che va a riempire lo spazio della bolla è asimmetrico e genera un'intensa onda d'urto orientata verso la superficie.<ref>Yuanxiang Yang, Qianxi Wang, and Soon Keat Tan - ''The roles of acoustic cavitations in the ultrasonic cleansing of fouled micro-membranes'' in Journal of Acoustical Society of America vol. 133 issue 5, May 2013.</ref> Questa onda d'urto è la responsabile dell'effetto pulente.  

Durante l'implosione, il fluido circostante riempie immediatamente il vuoto creato dal collassamento della bolla. In acqua libera questo fenomeno è simmetrico, ma in presenza di un oggetto immerso, che genera una discontinuità, il violento flusso di liquido che va a riempire lo spazio della bolla è asimmetrico e genera un'intensa onda d'urto orientata verso la superficie dell'oggetto stesso.<ref>Yuanxiang Yang, Qianxi Wang, and Soon Keat Tan - ''The roles of acoustic cavitations in the ultrasonic cleansing of fouled micro-membranes'' in Journal of Acoustical Society of America vol. 133 issue 5, May 2013.</ref> Questa onda d'urto è la responsabile dell'effetto pulente.  

[[File:implosione.jpg|miniatura|Fig. 2 - Il collasso di una bolla di cavitazione con evidente la formazione del micro burst al centro.]]

[[File:Implosione-Bolla-Cavitazione.jpg|miniatura|Fig. 2 - Il collasso di una bolla di cavitazione con evidente la formazione del micro burst al centro.]]

Nello specifico, le bolle di cavitazione che implodono vicino o sulla superficie da pulire generano dei ''micro burst'', orientati verso la discontinuità, in grado di staccare contaminanti ed altre parti di sporco che aderiscono alla superficie. Il collassamento della bolla è un fenomeno estremamente violento,  localmente si raggiungono pressioni fino a 20,000 psi e ''picchi locali di temperatura che possono arrivare a 5,000 °K''<ref>Arnim Henglein, Maritza Gutierrez - ''Sonochemistry and sonoluminescence: effects of external pressure'' in The Journal of Physical Chemistry vol. 97 issue 1, Jan 1993 </ref>. Coleman et al.<ref>Andrew J. Coleman, John E. Saunders, Lawrence A. Crum, Mary Dyson - ''Acoustic cavitation generated by an extracorporeal shockwave lithotripter'' in Ultrasound in Medicine and Biology vol 13 issue 2, Feb 1987</ref> sono riusciti a riprendere il momento dell'implosione di una bolla in prossimità di una superficie (fig. 2).

Nello specifico, le bolle di cavitazione che implodono vicino o sulla superficie da pulire generano dei ''micro burst'', orientati verso la discontinuità, in grado di staccare contaminanti ed altre parti di sporco che aderiscono alla superficie. Il collassamento della bolla è un fenomeno estremamente violento,  localmente si raggiungono pressioni fino a 20,000 psi e ''picchi locali di temperatura che possono arrivare a 5,000 °K''<ref>Arnim Henglein, Maritza Gutierrez - ''Sonochemistry and sonoluminescence: effects of external pressure'' in The Journal of Physical Chemistry vol. 97 issue 1, Jan 1993 </ref>. Coleman et al.<ref>Andrew J. Coleman, John E. Saunders, Lawrence A. Crum, Mary Dyson - ''Acoustic cavitation generated by an extracorporeal shockwave lithotripter'' in Ultrasound in Medicine and Biology vol 13 issue 2, Feb 1987</ref> sono riusciti a riprendere il momento dell'implosione di una bolla in prossimità di una superficie (fig. 2).

Una pulitrice ad ultrasuoni, in sostanza, è costituita da una vasca che contiene la soluzione di pulizia (variabile a seconda delle applicazioni) nella quale si immerge l'oggetto da pulire. Sul fondo della vasca è installato il trasduttore (generalmente piezoelettrico). Sotto l'azione di un segnale elettrico oscillante alla frequenza di lavoro, il trasduttore varia di dimensione aumentando e diminuendo in sincrono con la frequenza. In pratica il trasduttore si comporta come un pistone che crea picchi di pressione in corrispondenza del picco dell'onda e minimi di pressione in corrispondenza della valle. Durante le depressioni si generano le bolle di cavitazione.  

Una pulitrice ad ultrasuoni, in sostanza, è costituita da una vasca che contiene la soluzione di pulizia (variabile a seconda delle applicazioni) nella quale si immerge l'oggetto da pulire. Sul fondo della vasca è installato il trasduttore (generalmente piezoelettrico). Sotto l'azione di un segnale elettrico oscillante alla frequenza di lavoro, il trasduttore varia di dimensione aumentando e diminuendo in sincrono con la frequenza. In pratica il trasduttore si comporta come un pistone che crea picchi di pressione in corrispondenza del picco dell'onda e minimi di pressione in corrispondenza della valle. Durante le depressioni si generano le bolle di cavitazione.  

[[File:Effetti-Dimensioni-Bolle-Cavitazione.jpg|miniatura|Fig. 3 - Effetti di bolle di cavitazione di differenti dimensioni]]

[[File:Effetti-Dimensione-Bolle-Cavitazione.jpg|miniatura|Fig. 3 - Effetti di bolle di cavitazione di differenti dimensioni]]

Queste bolle come, visto sopra, implodendo asportano le particelle di sporco che aderiscono all'oggetto da pulire. Apparecchi a frequenze più alte generano bolle di dimensioni minori che rimuovono particelle più piccole ma che riescono ad insinuarsi nei più piccoli recessi ed hanno un effetto ''più gentile'' sull'oggetto da pulire. Apparecchi a frequenze più basse, al contrario, generano bolle più grosse e più energetiche che puliscono superfici maggiori nell'unità di tempo ma effettuano un lavoro ''più grossolano'' e determinano uno ''stress'' meccanico maggiore sull'oggetto da pulire.

Queste bolle come, visto sopra, implodendo asportano le particelle di sporco che aderiscono all'oggetto da pulire. Apparecchi a frequenze più alte generano bolle di dimensioni minori che rimuovono particelle più piccole ma che riescono ad insinuarsi nei più piccoli recessi ed hanno un effetto ''più gentile'' sull'oggetto da pulire. Apparecchi a frequenze più basse, al contrario, generano bolle più grosse e più energetiche che puliscono superfici maggiori nell'unità di tempo ma effettuano un lavoro ''più grossolano'' e determinano uno ''stress'' meccanico maggiore sull'oggetto da pulire.

La cavitazione aumenta notevolmente l'efficacia delle eventuali sostanze di pulizia disciolte nell'acqua, consentendo così l'impiego di minori sostanze chimiche, per contro viene aumentata anche l'aggressività di queste sostanze e la loro capacità di attaccare i materiali da pulire. Per cui la corretta determinazione della soluzione di pulizia è estremamente importante e dipende dal materiale che deve essere sottoposto al trattamento. Nelle applicazioni industriali spesso al posto dell'acqua si usano solventi particolari studiati specificamente per i materiali da trattare e per la tipologia di sostanze da asportare. Per le applicazioni domestiche è sufficiente l'acqua con eventuale aggiunta di sostanze tensioattive (previa valutazione degli effetti che le stesse possono avere sull'oggetto da pulire).   

La cavitazione aumenta notevolmente l'efficacia delle eventuali sostanze di pulizia disciolte nell'acqua, consentendo così l'impiego di minori sostanze chimiche, per contro viene aumentata anche l'aggressività di queste sostanze e la loro capacità di attaccare i materiali da pulire. Per cui la corretta determinazione della soluzione di pulizia è estremamente importante e dipende dal materiale che deve essere sottoposto al trattamento. Nelle applicazioni industriali spesso al posto dell'acqua si usano solventi particolari studiati specificamente per i materiali da trattare e per la tipologia di sostanze da asportare. Per le applicazioni domestiche è sufficiente l'acqua con eventuale aggiunta di sostanze tensioattive (previa valutazione degli effetti che le stesse possono avere sull'oggetto da pulire).   

Un effetto collaterale della cavitazione, a causa dell'energia rilasciata, è il riscaldamento dell'acqua con l'uso per cui è necessario interrompere il trattamento in caso di materiali sensibili al calore.

Un effetto collaterale della cavitazione, a causa dell'energia rilasciata, è il riscaldamento dell'acqua con l'uso per cui è necessario interrompere il trattamento in caso di materiali sensibili al calore.

 

Infine, come risulta dall'esperienza riportata da David Nishimura,<ref>si fa riferimento a [http://vintagepensblog.blogspot.com/2018/03/a-warning-about-pens-in-ultrasonic.html questa pagina] in inglese.</ref> effettuare la pulizia in una vasca ad ultrasuoni con una immersione parziale del pezzo può creare riscaldamenti localizzati molto rilevanti sulle parti della penna lasciata non immersa, presumibilmente per la concentrazione delle onde trasmesse dalla vasca, che nel caso indicato ha comportato danneggiamenti seri del materiale.  

La maggior parte dei materiali duri, non assorbenti (metalli, plastica etc.) e non attaccabili chimicamente dal fluido di lavaggio possono essere sottoposti al trattamento ad ultrasuoni. Fra questi si distinguono componenti elettronici, cavi, oggetti vari in plastica, vetro, alluminio o ceramica.

La maggior parte dei materiali duri, non assorbenti (metalli, plastica etc.) e non attaccabili chimicamente dal fluido di lavaggio possono essere sottoposti al trattamento ad ultrasuoni. Fra questi si distinguono componenti elettronici, cavi, oggetti vari in plastica, vetro, alluminio o ceramica.

==Bibliografia==

==Bibliografia==

<references/>

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