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Como surgiu a limpeza por Ultrassom?
O que é basicamente a "limpeza por Ultrassom" (Ultrasonic Cleaner ou Ultrasonic Cleaning)?
O que é um Transdutor Piezoelétrico?
O que é e como é produzida a cavitação?
Cavitação Útil:
O que é desgaseificação e como ela é feita?
Como adquirir o equipamento de limpeza por Ultrassom adequado?
A limpeza por Ultrassom pode danificar as minhas partes?
O que é limpeza "direta" e "indireta"?
Que tipo de solução eu devo usar?
Que tipo de solução eu não devo usar?
Quando as soluções devem ser substituídas?
Porque eu devo obedecer o nível de solução no tanque?
Qual deve ser a duração do tempo de limpeza?
Qual o propósito do uso de um sistema de aquecimento integrado?
Como saber se o equipamento está produzindo cavitação de forma correta?
Como executar o TPFA?
Qual o porquê do uso de cestas, backers e estrados?
Qual a temperatura ideal para uma boa limpeza?
Por que existe a necessidade de um exágue após a limpeza?
O som pode ser definido simplesmente como uma vibração. Todos os sons são produzidos por coisas que vibram e todas as coisas que vibram geram um som, sendo que, o nível de uma vibração determina o seu alcance. O nível mais baixo de vibração tem um alcance mais baixo e o nível mais alto, tem um alcance mais alto. Portanto, o alcance está diretamente ligado a taxa de vibração. Quando esta taxa de vibração, ou ciclo, é expressa por unidade de tempo (segundos), é chamada de freqüência. A freqüência pode ser expressa em Hertz (Hz) que é o número de ciclos por segundo, por exemplo: 1Hz = 1 ciclo por segundo. A maior parte dos homens podem ouvir sons de 10Hz a 16.000 Hz (16 kHz), porém algumas mulheres podem ouvir até 19.000Hz (19 kHz), portanto, sons que ultrapassem esta taxa de freqüência não podem ser ouvidos pelo ouvido humano. Por este fato que freqüências acima de 20.000 Hz (20 kHz) são chamadas de Ultrassom. Enquanto freqüências acima de 20.000 Hz (20 kHz) não são usadas para comunicação oral entre seres humanos, são usadas em uma vasta aplicação de utilizações que facilitam a vida dos homens. Como exemplo podemos citar a fabricação de Sonares, Detectores de cardumes de peixe, Máquinas para localização de trincas em peças metálicas, Equipamentos de Solda em termoplásticos e metais, Separadores de Células, Equipamentos de Limpeza por Ultrassom e mais uma infinidade de aplicações, sendo o enfoque principal neste caso a vasta aplicação dos Equipamentos de Limpeza por Ultrassom (Ultrasonic Cleaners ou Ultrasonic Cleaning), valendo a pena ressaltar, que é uma das áreas em que mais se aplica o Ultrassom no meio industrial. Grande parte das indústrias de manufatura e empresas prestadoras de serviço, tem a constante necessidade de limpezas variadas, em pecas e componentes, com níveis de exigência estabelecidos por normas, vinculadas a um custo compatível com o processo, isentas de riscos a saúde humana e ao meio ambiente. A Limpeza por Ultrassom é frequentemente a resposta para todas estas necessidades!
Pesquisas informam, que foi durante a Segunda Guerra Mundial a primeira ocorrência que desencadeou a descoberta efetiva. De forma acidental, um objeto emissor de sons em alta frequência (radio de comunicação) caiu na água durante a sua utilização, causando a formação de bolhas que chamaram a atenção do militar que utilizava o radio ao pegá-lo na poça de água, as quais posteriormente foram chamadas de cavitação. Mais tarde, foi observado com clareza, que uma vibração em alta frequência em um meio líquido, promove a formação imediata de milhões de bolhas minúsculas (ou cavidades) que entram em colapso quando encontram um obstáculo dentro do líquido.
A Limpeza por Ultrassom baseia-se na transformação de energia elétrica em energia mecânica, provocando dentro de uma solução líquida um fenômeno chamado de Cavitação. Os equipamentos de limpeza por Ultrassom, de um modo geral, são compostos de um circuito oscilador, um circuito de potência (eletrônica), Transdutor Piezoeléctricos e um recipiente (tanque) para uma solução líquida adequada (detergente/desengraxante). A principal particularidade deste tipo de técnica de limpeza é a penetração em fendas, orifícios, porosidades, removendo a sujeira de maneira homogênea, onde o acesso humano seria impossível através de qualquer outro método.
O que é um Transdutor Piezoeléctrico?
O Transdutor Piezoeléctrico é o componente responsável em transformar a energia elétrica em energia mecânica, através da vibração emitida pelo mesmo em resposta ao circuito oscilador e ao circuito de potência. O Transdutor tem como principal componente de sua montagem a cerâmica piezoeléctrica (PZT). O PZT é um componente que apresenta variações em suas dimensões, quando se aplica a ele um campo elétrico em alta frequência. Este fenômeno é chamado de piezoeletricidade e os materiais que o apresentam são chamados de piezoeléctricos.
Cavitação é a formação rápida de micro-bolhas dentro de uma solução liquida, geradas pela alta frequência do ultrassom. Estas bolhas são formadas aos milhões e o colapso de milhões de bolhas minúsculas (ou cavidades) dentro de um líquido promovem ação mecânica. A cavitação é produzida pela alternância de ondas de pressões altas e baixas, que são geradas pelo Ultrassom. Durante a fase de baixa pressão, estas bolhas crescem, em tamanho microscópico, até que atinjam a fase de pressão alta, na qual elas são comprimidas e implodem. Estas cavidades acontecem ao longo do líquido. O efeito de milhares de implosões por segundo torna o processo de limpeza por Ultrassom muito poderoso, podendo ser observado o resultado a nível microscópico.
Cavitação útil acontece após a remoção de gases existentes na solução de limpeza, onde será deixado um vazio nas bolhas formadas. Os colapsos de bolha acontecem quando a onda de pressão bate na parede da bolha. A energia lançada por este colapso é convertida em aquecimento e energia cinética, gerando temperaturas altas em proporções microscópicas na solução liquida. Esta energia ajudará o detergente a quebrar os laços entre as partes e a sujeira. A Cavitação limpa efetivamente, porque ataca a sujeira e os contaminantes (nível molecular), elevando a temperatura do líquido aumenta-se a taxa de reatividade química, o que consequentemente aumenta também a Cavitação. Para se obter um bom nível de Cavitação é importante que sejam observados: temperatura, tensão superficial, viscosidade, densidade, tempo de exposição a limpeza e frequência do Ultrassom ideal para o tipo de limpeza que vai ser executada. Controlando estes fatores, escolhendo o detergente de limpeza certo, usando a temperatura certa e o equipamento adequado, assegurará um bom resultado na limpeza.
Desgaseificação é a remoção inicial de gases presentes na solução. A cavitação útil acontece depois que estes gases forem removidos da solução de limpeza e for deixado um vazio nas bolhas que forem formadas a seguir. O próprio funcionamento do Ultrassom se incumbirá em remover estes gases, em função do tempo de funcionamento sem pecas dentro do tanque. A medida que a solução liquida for desgaseificando com o Ultrassom em funcionamento, o som emitido vai aumentando além da modificação que vai acontecendo na superfície do liquido. Estes são aspectos (audíveis e visuais) que podem ajudar na identificação do processo de desgaseificação.
Existem muitas considerações importantes, para se adquirir um equipamento de limpeza por Ultrassom que seja eficiente para cada necessidade. As decisões mais importantes a serem tomadas, estão em escolher a solução de limpeza ideal, a temperatura certa (em função do líquido e das pecas), a frequência do Ultrassom (25/33/40/135 KHz) e o tamanho ideal do equipamento.
A limpeza por Ultrassom é considerada segura na maioria de suas aplicações, havendo restrições em alguns casos ao tempo de aplicação da mesma e a frequência do Ultrassom, em função dos materiais a serem limpos. Caso as pecas permaneçam por um período muito longo (horas) expostas a limpeza por Ultrassom e o material das mesmas seja frágil, poderão ser gerados danos. Para evitar qualquer tipo de ocorrência similar, deve-se escolher uma empresa capaz de desenvolver o equipamento ideal e o processo ideal, para que o sucesso seja total. A CTA do Brasil dispõe de Expertise e vários "cases de sucesso" para formatar ao seu cliente todas as condições necessárias para obtenção de bons resultados. Para que haja uma compreensão, com relação a diferença das frequências do Ultrassom em função da limpeza e do material das pecas, e importante compreender que a frequência determina o tamanho das bolhas de cavitação e a medida que a frequência aumenta as bolhas de cavitação diminuem de tamanho, tornando a limpeza mais fina e a medida que a frequência diminuem as bolhas de cavitação aumentam de tamanho, tornando a limpeza mais agressiva.
A Limpeza direta acontece quando as partes a serem limpas são imersas diretamente na solução do tanque de Ultrassom, através do auxílio de cestos de tela inox ou suportes especiais. A limpeza indireta ocorre quando as pecas são colocadas dentro de um recipiente separado, como um Backer de vidro abastecido com a solução de limpeza adequada, bastando que o tanque esteja abastecido somente com agua. No caso da Limpeza indireta o Ultrassom ocorrera através de um processo de transferência da vibração gerada pelo tanque, que por sua vez ira transferir a vibração para a parede do Backer, gerando assim cavitação dentro do mesmo. Geralmente este tipo de limpeza se aplica para pecas de pequeno porte, como implantes dentários e similares.
A solução liquida (detergente ou desengraxante) desempenha um papel muito importante no conjunto de ações para se ter um bom resultado. Existem produtos adequados para serem aplicados na limpeza por Ultrassom, reforçando que químicas inadequadas podem prejudicar o funcionamento do Ultrassom e danificar o equipamento em casos que são utilizadas químicas extremamentes agressivas, o que não condiz também com as condições ambientais que se busca atualmente. A CTA do Brasil está apta em orientar seus clientes na tomada de decisão de qual será o melhor produto a ser utilizado para cada necessidade que envolva a aplicação da limpeza por Ultrassom, além de dispor de alguns produtos formulados especificamente para trabalhar com bons resultados nos processos de Ultrassom.
Nunca devem ser utilizados líquidos corrosivos ou inflamáveis, pois com o desprendimento de gases, existentes na solução, no início do ciclo poderá ocorrer o risco de explosões, mediante algum tipo de centelhamento. Além disto não deverão ser usados também ácidos, aplicados diretamente ao tanque, pois isto danificará o equipamento.
A solução deve ser substituída quando se notar uma queda no rendimento da limpeza, ou quando a solução estiver visivelmente contaminada. Um abastecimento de solução limpa a cada limpeza, normalmente não é requerido, principalmente se o equipamento for equipado com um sistema de Recirculação com Filtragem. Existem periféricos opcionais para recircular o líquido, passando o mesmo por um filtro, o que aumenta a sua durabilidade e o rendimento da limpeza.
O nível de solução deve ser sempre mantido de acordo com os níveis estabelecidos pelas cestas ou suportes existentes, visando o melhor funcionamento do equipamento, pois baixos níveis de solução podem proporcionar mudanças nas características do ambiente liquido, gerando alteração na freqüência do sistema, queda no rendimento e podendo chegar até mesmo a danificar o equipamento, caso o nível esteja muito baixo ou inexistente (falta total de liquido = tanque vazio). O nível da solução deve ser observado em sentido redobrado, principalmente em equipamentos que contam com sistema de aquecimento, devido ao alto índice de evaporação do liquido. Sistemas de controle de nível podem ser incorporados aos equipamentos também, com objetivo de proteger partes que não possam trabalhar em vazio, tais como o Ultrassom, bombas e resistências elétricas. A CTA dispõe destes recursos para os equipamentos que fabrica, porém em equipamentos menores e considerado como acessório.
O tempo de limpeza varia de acordo com as condições que seguem: Tipo de contaminantes a serem removidos; Concentração da solução de limpeza; Temperatura do processo; Geometria das pecas e componentes a serem limpos; Materiais das pecas e componentes a serem limpos; Grau de limpeza exigido pelo processo ou por normas.
O aquecimento se aplica em função do tipo de solução que vai ser usada e em função do nível de sujeira das peças a serem limpas, porém o aquecimento sendo usado em conjunto com uma solução que trabalhe a quente, somado a ação mecânica promovida pelo Ultrassom sempre promove melhoria nos resultados.
Se você não está obtendo uma limpeza adequada, pode ser pelo fato de ter sido escolhida uma solução errada, um equipamento com freqüência inadequada, temperatura indesejável e ciclo de limpeza com curto espaço de tempo. Porém, se todas estas etapas forem observadas e a dúvida persistir quanto ao funcionamento do seu equipamento, existem alguns testes que podem ser executados, como exemplo, o Teste de Perfuração de Folha de Alumínio (TPFA), o qual desempenha a melhor relação custo beneficio.
Corte um pedaço de papel alumínio, destes utilizados na cozinha, no tamanho de 100 X 50mm. Segurando-o em uma das pontas, mergulhe a outra ponta na agua do tanque do equipamento de Ultrassom em funcionamento, posicionando-o em várias partes do tanque e observe. Após alguns segundos a folha de papel alumínio deverá ser perfurada pela cavitação, mostrando desta forma que o equipamento esta com perfeita atividade. Caso a folha de alumínio não seja perfurada, ficara caracterizado que o equipamento esta com algum problema. Execute este teste inicialmente somente com agua no tanque e após confirmado o funcionamento, poderá repetir o teste com a solução química que será utilizada no Ultrassom e caso não obtenha os mesmos resultados com a solução química, chegara a conclusão que a solução química esta inadequada, prejudicando o funcionamento do Ultrassom.
Não se aconselha que sejam depositadas peças a serem limpas diretamente no fundo ou encostadas nas paredes laterais do tanque, pois os Transdutores que produzem o Ultrassom geralmente são aplicados nestas áreas, e esta atitude poderá danificar os Transdutores além de prejudicar a cavitação e consequentemente a limpeza das pecas. Estes acessórios também facilitam o manuseio das peças a serem limpas.
O calor geralmente aumenta e acelera o processo de limpeza, e a maioria das soluções que são projetadas para trabalhar a quente geralmente são utilizadas entre 50 e 60ºC. Existem casos em que a temperatura desempenha função primordial para a limpeza e o Ultrassom chega a trabalhar ate com 90 ºC..
Porque existe a necessidade de um enxágüe após a limpeza?
O enxague é recomendado para que possa ser removido qualquer tipo de resíduo químico proveniente da etapa de limpeza, o qual poderá prejudicar a peça e o processo. O enxague também exerce a função de retirar resíduos que estão somente depositados sobre a peça, porém já se encontram completamente desagregados da mesma pela ação do Ultrassom.