Cosa sono e come funzionano i bagni ad ultrasuoni

Pubblicato : 28/01/2019 12:18:52
Categorie : Strumenti per Laboratorio e Controllo Qualità

In alcune occasioni occorre procedere a una pulizia profonda e accurata di utensili o altri oggetti particolari: in questi casi si utilizzano i bagni a ultrasuoni, particolari strumenti impiegati in diversi settori per molteplici applicazioni.

I bagni ad ultrasuoni si possono trovare nei laboratori farmaceutici o chimici, negli ospedali o nelle industrie meccaniche.

Sono apparecchi che utilizzano la tecnologia degli ultrasuoni per la pulizia degli oggetti riuscendo a eliminare qualsiasi impurità in tempi brevissimi.

Questa metodologia è particolarmente efficace in quanto le vibrazioni degli ultrasuoni, trasmesse all’acqua, danno origine alla formazione di innumerevoli bollicine sottovuoto che implodono immediatamente e agiscono in profondità su diverse tipologie di elementi: dalla strumentazioni di laboratorio, agli strumenti dentistici o medicali, fino agli ingranaggi industriali o ai meccanismi elettronici.

Ad esempio gli strumenti dentali riutilizzabili come specchi, sonde, frese, escavatori e pinze devono essere sottoposti a rigorose procedure di pulizia e sterilizzazione. Lo stesso vale per la pulizia degli stampi e la rimozione di intonaco e cemento utilizzati nella costruzione di ponti, protesi ibride implantari e procedure di restauro simili. I pulitori ad ultrasuoni dentali forniscono una pulizia preliminare rapida e accurata come primo passo verso la conformità con la preparazione dell'attrezzatura per il riutilizzo.

L'utilizzo di un pulitore a ultrasuoni può essere considerato una "migliore pratica" per rimuovere questi contaminanti. È di gran lunga superiore alla pulizia manuale.

In laboratorio sono ampiamente impiegati per degassare solventi, disperdere nanoparticelle ed emulsionare, sciogliere, disperdere e altrimenti preparare campioni di laboratorio.

Come funzionano i bagni a ultrasuoni

Sostanzialmente i bagni ultrasuonici sono costituiti da una vasca piena di liquido che viene esposto a onde sonore ad alta frequenza in grado di provocare il cosiddetto effetto cavitazione, ossia la formazione di milioni di bolle a bassa pressione che praticano una pulizia molecolare riuscendo a raggiungere qualsiasi punto della superficie degli oggetti immersi nel liquido stesso.

principio di funzionamento bagni ad ultrasuoni

In questo modo ogni più piccola traccia di impurità viene eliminata.

Esistono bagni ad ultrasuoni analogici, utilizzati per impieghi più semplici, e bagni ultrasuonici digitali che garantiscono maggiore accuratezza.

Si possono trovare, inoltre dei bagni ultrasuonici costruiti appositamente per determinati impieghi, come la rimozione dei biofilm dalle protesi ospedaliere o la pulizia delle pipette da laboratorio.

Ad oggi il lavaggio a ultrasuoni è la tecnica di pulizia più avanzata ed efficace per tutte quelle situazioni in cui è richiesta la massima igiene e accuratezza nella rimozione di residui da qualsiasi tipo di superficie.

In questi apparecchi un apposito generatore elettronico ultrasonoro unito a un trasduttore montato sotto al fondo della vasca, solitamente costruita in acciaio inox, produce energia elettrica ad alta frequenza, tra i 28 e i 50 Khz.

Questa energia meccanica si trasferisce nel liquido contenuto nella vasca producendo milioni di microscopiche bolle che, implodendo a causa delle variazioni di pressione generate dagli ultrasuoni, causano flussi di liquido ad alta energia che rimuovono tutte le impurità dalle superfici degli oggetti trattati.

Il lavaggio a onde ultrasonore

L’effetto e il risultato del lavaggio con bagno a ultrasuoni dipendono da diversi fattori.

Innanzitutto dall’energia degli ultrasuoni che è lo strumento meccanico più efficiente che influisce sul processo di lavaggio.

Per eseguire un buon lavaggio a ultrasuoni, infatti, è essenziale tenere conto della frequenza a cui lavora il generatore perché questo parametro determina la dimensione delle bollicine prodotte nel liquido in cui sono immersi gli oggetti da pulire.

Maggiore è la frequenza del generatore, minore è la dimensione delle bolle e, quindi, minore sarà l’energia che d’urto che sprigionerà nell’implodere a contatto con le particelle da rimuovere.

Tuttavia, frequenze maggiori generano anche maggiori quantità di bollicine dalle dimensioni ridotte, quindi particolarmente indicate per la pulizia di punti anche molto piccoli e angusti, difficili da raggiungere per bolle più grandi e flussi più potenti.

Inoltre, esistono generatori particolari, dotati di tecnologia detta “Sweep system” che permettono di modulare la frequenza limitando le oscillazioni a + o – 1Khz e migliorando così sensibilmente la distribuzione della cavitazione ultrasonora.

Si tratta di un sistema utilizzato nei sistemi di lavaggio a ultrasuoni industriali e molto sofisticati.

Oltre a questi fattori tecnici, bisogna considerare la sostanza chimica utilizzata per il lavaggio. Per la saponificazione e lo scioglimento dello sporco, infatti, è necessario un adeguato detergente che agisce anche diminuendo la tensione superficiale del liquido e, quindi, aumentandone l’efficacia anche nei punti più difficili da raggiungere.

Il detergente, dunque, dovrà essere una soluzione acquosa con alta pressione di vapore e bassa tensione superficiale, utilizzata a una temperatura tra i 50° e i 60°C.

La temperatura del bagno a ultrasuoni, infatti, è il terzo fattore importante di cui tenere conto poiché l’intensità del processo di cavitazione aumenta all’aumentare della temperatura del liquido utilizzato fino ai 70°C superati i quali diminuisce progressivamente fino a cessare una volta che si è raggiunta l’ebollizione del liquido stesso.

Per questo ogni bagno a ultrasuoni è dotato di un regolatore di temperatura che permette di impostare i gradi più adatti alla pulizia che si sta facendo.

Quali sono i vantaggi di un bagno a ultrasuoni?

Abbiamo visto che i bagni ultrasuonici vengono utilizzati in tantissimi settori e per gli impieghi più disparati, ma perché sono così diffusi?

La risposta è da ricercare nei numerosi vantaggi che essi hanno rispetto a molti altri sistemi di pulizia.

Innanzitutto per l’accuratezza della pulizia: laddove, infatti, viene richiesta una detersione perfetta di strumenti o prodotti industriali finiti prima che vengano messi in commercio, il bagno a ultrasuoni è l’unica tecnologia che permette di ottenerla.

La seconda caratteristica apprezzabile dei bagni a ultrasuoni è la rapidità dei loro cicli di lavaggio: in molti ambienti industriali o professionali questo si traduce anche in un grande risparmio di tempo ed energia e, quindi, nell’ottimizzazione dei costi.

Infine il bagno a ultrasuoni è estremamente versatile e utilizzabile con efficacia su tantissime tipologie di oggetti.

Come scegliere il giusto bagno a ultrasuoni

Proprio per la loro ampia diffusione e grande versatilità, esistono moltissime tipologie di bagni ultrasuonici, come scegliere quello giusto?

Innanzitutto tenendo conto di quale sarà la sua destinazione d’uso: un bagno a ultrasuoni per uso industriale sarà diverso da uno utilizzato in laboratorio.

Cinque elementi sicuramente importanti nella scelta :

1. Dimensioni del serbatoio del pulitore ad ultrasuoni
2. Come si utilizza l'apparecchiatura a ultrasuoni
3. L'importanza dei cestelli per pulitori a ultrasuoni
4. Specifica della frequenza ultrasonica
5. Gestione della temperatura

E' importante considerare della dimensione della vasca, che dovrà essere compatibile con la tipologia di oggetti trattati, e dei materiali con cui è realizzato lo strumento: solitamente è consigliabile scegliere un corpo in metallo che garantisce una maggiore durabilità nel tempo.

Infine, come abbiamo visto sopra, va esaminata la tipologia di generatore ultrasonoro del bagno da acquistare.

Uno dei modelli più venduti, adatto a diverse tipologie di impiego, è il bagno a ultrasuoni digitale DU-32 ARGOLab con una capacità di 3.2 litri, temperatura massima di 80°C, durata da 1 a 99 minuti e livello di potenza degli ultrasuoni in scala da 1 a 5.

Una capienza e quindi una destinazione d’uso decisamente diversa per il bagno a ultrasuoni AU-220 che può contenere 22 litri, temperatura fino a 80°C e frequenza degli ultrasuoni di 40Khz.