التطبيقات فوق الصوتية في الصناعة

ما هو التردد فوق الصوتي

تشير الموجات فوق الصوتية إلى موجات صوتية تردداتها مرتفعة جدًا وتتجاوز النطاق الطبيعي لسماع الإنسان. إنها موجة ميكانيكية ذات طول موجي قصير جدًا، والتي تكون عادةً أقصر من 2 سم في الهواء. يجب أن تعتمد على وسط لتنتشر ولا يمكنها الوجود في الفراغ (مثل الفضاء). تنتشر لمسافات أطول في الماء منها في الهواء، لكن بسبب طولها الموجي القصير، من السهل أن تضيع أو تنثر في الهواء، وليس لها مدى مثل الصوت القابل للسماع والصوت تحت الصوتي.

الموجات السطحية

التطبيقات فوق الصوتية في صناعة المعادن
يمكن للتقنيات فوق الصوتية التنبؤ بعمر الأجزاء الصناعية. لا يمكن المبالغة في أهمية التنبؤ بعمر أجزاء المعدات الصناعية. إن عملية التنبؤ هذه مرهقة ومعقدة وصعبة. تشير التقارير البحثية في الأدبيات إلى أن التلف الدقيق يحدث تدريجياً في الأجزاء المعدنية المختلفة لأجهزة الإجهاد، يلي ذلك زيادة تدريجية في الشقوق الناتجة عن الإجهاد، مما يؤدي إلى نمو كارثي للشق الكبیر الرئيسي الذي يسبب الضرر. وجود هذه المرحلة التحضيرية الطويلة يشير إلى أنه يمكن لإجراءات مناسبة أن تساعد في منع التغيرات في المرحلة التالية من العملية.

التقنية فوق الصوتية في صناعة الأغذية
في التطبيقات فوق الصوتية عالية الطاقة، يتم استخدام كثافة تزيد عن 1 واط/سم² وتوات يتجاوز 100 كيلوهرتز. الموجات فوق الصوتية عالية الطاقة تزيل الغازات من الأطعمة السائلة، وتسبب التبلور، وتحفز réactions الأكسدة والاختزال، واستخراج وتنقية البروتينات والأنزيمات، ولإحداث بدء البلمرة وكذلك تعطيل الإنزيمات. تشير الدراسات التي تقارن المتطلبات لتعطيل الميكروبات النباتية إلى أن معالجة الأغذية السائلة بالحرارة يمكن تحقيقها عند درجات حرارة أقل باستخدام الموجات فوق الصوتية. بالنسبة للمعالجة فوق الصوتية، يتطلب الأمر طاقة إضافية، مما يؤدي إلى زيادة في الطلب الكلي على الطاقة للمعالجة المتكاملة. لكن في المناطق حيث لا يكون هناك توفر لتزويد الكهرباء الرخيصة أو مصادر طاقة بديلة، تعتبر المعالجة المدعومة بالموجات فوق الصوتية بديلاً مثيراً للطرق الحرارية الشائعة حاليًا. بين هذه الطرق، يمكن إزالة الغازات من المنتجات السائلة نسبيًا بسهولة باستخدام الموجات فوق الصوتية.

تطبيق الموجات فوق الصوتية في صناعة الزراعة
في منطقة البحر الأبيض المتوسط، يلوث ماء الصرف الصحي من معامل الزيتون البيئة. علاوة على ذلك، يتم استخدام مياه معامل الزيتون لري الحقول والمزارع، ويقوم ماء الصرف الصحي بإطلاق النفايات في مجاري المياه، مما يلوث مصادر المياه بشكل خطير لأنه يحتوي على خصائص بيولوجية عنيدة. لذلك، هناك حاجة لاستخدام الموجات فوق الصوتية لإزالة الملوثات من مياه الصرف الزراعي. يتضمن العلاج الأساسي لهذه المياه المستعملة تنشيط الكتاليسات بواسطة الإشعاع الضوئي، بينما يتضمن العلاج الثانوي التحفيز بالموجات فوق الصوتية لتوليد تجويف فوق صوتي قوي.

تطبيق الموجات فوق الصوتية في صناعة الجلود
تتضمن الملوثات المنبعثة من صناعة الجلود مواد كيميائية مختلفة تُستخدم أثناء معالجة الجلد وتنتج في النهاية نفايات صلبة. يمكن أن يكون علاج الإنزيم بديلاً مفيداً عن العلاج الكيميائي في صناعة الجلود. كما أنه يساعد بشكل كبير من حيث سلامة البيئة. بالإضافة إلى ذلك، فإن علاج الإنزيم منخفض التكلفة ويمكن تنفيذه عند درجات حرارة منخفضة دون الحاجة إلى استخدام مواد كيميائية إضافية. يساعد التطبيق المتزامن لعلاج الأشعة فوق الصوتية والإنزيم على تحسين هضم بقايا الجلود وإنزيمياً، مما يؤدي إلى زيادة قابلية الهضم وزيادة إنتاج الرقائق والفحم.

تتألف الجلود بشكل أساسي من البروتينات الألياف غير القابلة للذوبان والتي تسمى الكولاجين، والتي قد تتحلل تحت تأثير البروتياز. عن طريق تطبيق الموجات فوق الصوتية، يفقد الشبكة الألياف في الجلد وظيفتها وتقل معدلاتها. تختفي شبكة الألياف في الجلد ويزداد معدل انتشار البروتياز في مسام الجلد. في تقرير بحثي، تم استخدام بروتياز محايد (Bacillus subtilis) وبروتياز قاعدي (Bacillus licheniformis). أظهرت النتائج أن البروتياز (قاعدي) لـ Bacillus licheniformis لم يتأثر تقريبًا بالموجات فوق الصوتية. لذلك، تم اختياره كمادة خام لتحلل النفايات الصلبة.

زيادة فائدة الترددات فوق الصوتية الآن بشكل كبير، خاصة في التطبيقات الصناعية، وقد أجرت العلماء أبحاثاً معمقة حول هذا الموضوع. ومن المعروف أن الطاقة المدخلة من خلال الترددات فوق الصوتية يمكن أن تزيد بشكل كبير من الإنتاج وجودة المنتج، ويمكن أن تسهل عمليات إعادة التدوير وتنقية المنتجات في العديد من الصناعات المختلفة. التكنولوجيا فوق الصوتية هي تقنية نظيفة وكفؤة تُستخدم على نطاق واسع في معالجة الأغذية، والتجميد والحفظ. كما يمكن استخدامها للتنبؤ بعمر العمليات الصناعية وأجزاء الآلات، بالإضافة إلى معالجة النفايات الناتجة عن الصناعات المختلفة مثل النسيج، والزراعة، والمدابغ وغيرها.