Was ist Ultraschall
Ultraschallwellen beziehen sich auf Schallwellen mit ultra-hohen Frequenzen, deren Frequenzen den normalen Hörbereich des Menschen überschreiten. Es ist eine mechanische Welle mit einer extrem kurzen Wellenlänge, die im Allgemeinen kürzer als 2 cm in der Luft ist. Sie muss sich auf einem Medium fortbewegen und kann nicht im Vakuum (wie im Weltraum) existieren. Sie breitet sich weiter in Wasser aus als in der Luft, aber wegen ihrer kurzen Wellenlänge verliert und streut sie sich sehr leicht in der Luft und ist nicht so weitreichend wie hörbarer Schall und Infraschall.
Oberflächenwellen
Ultraschall-Anwendungen in der Metallindustrie
Ultraschall kann die Lebensdauer von Industrie-Teilen vorhersagen. Die Bedeutung der Vorhersage der Lebensdauer von Teilen industrieller Anlagen lässt sich nicht überschätzen. Dieser Vorhersageprozess ist anstrengend, komplex und schwierig. Forschungsberichte in der Literatur zeigen, dass Mikroschäden allmählich in verschiedenen Metallteilen von Ermüdungsmaschinen auftreten, gefolgt von einem allmählichen Anstieg ermüdungsbedingter Risse, was zur katastrophalen Ausbreitung des Hauptmakrorisses führt. Das Vorhandensein dieser langen Vorbereitungsphase deutet darauf hin, dass geeignete Maßnahmen helfen können, Veränderungen in der nächsten Phase des Prozesses zu verhindern.
Ultraschalltechnologie in der Lebensmittelindustrie
In hochenergetischen Ultraschall-Anwendungen werden Intensitäten von mehr als 1 W/cm² und eine Frequenz von 100 kHz verwendet. Hochenergetischer Ultraschall entfernt Gase aus flüssigen Lebensmitteln, fördert die Kristallisation, löst Redoxreaktionen aus, ermöglicht die Extraktion und Reinigung von Proteinen und Enzymen sowie die Initiierung von Kondensation und die Inaktivierung von Enzymen. Studien, die die Anforderungen zur Inaktivierung von pflanzlichen Mikroorganismen vergleichen, zeigen, dass die thermische Behandlung von flüssigen Lebensmitteln auch bei niedrigeren Temperaturen mit Hilfe von Ultraschall durchgeführt werden kann. Für die Ultraschall-Behandlung wird zusätzliche Energie benötigt, was zu einem Anstieg des Gesamtenergiebedarfs des integrierten Prozesses führt. Aber in Regionen, in denen eine preiswerte Stromversorgung oder alternative Energieträger nicht verfügbar sind, stellt die ultraschallunterstützte Behandlung eine interessante Alternative zu derzeit beliebten thermischen Behandlungen dar. Unter den Behandlungen können Gase aus flüssigen Produkten relativ einfach mittels Ultraschall entfernt werden.
Anwendung von Ultraschall in der Agrarindustrie
In der Mittelmeeregion verunreinigt Abwasser von Olivenmühlen die Umgebung. Darüber hinaus wird Abwasser zur Bewässerung von Feldern und Farmen genutzt, wobei es Abfälle in Wasserläufe entlässt, was Wasserquellen erheblich verschmutzt, da es hartnäckige biologische Eigenschaften enthält. Daher besteht ein Bedarf, Ultraschall zur Entfernung von Schadstoffen aus landwirtschaftlichem Abwasser zu verwenden. Die primäre Behandlung dieses Abwassers umfasst die Photonaktivierung von Katalysatoren durch Lichtbestrahlung, während die sekundäre Behandlung Ultraschall-induzierte ultrasonic Cavitation beinhaltet.
Anwendung von Ultraschall in der Lederindustrie
Die von der Lederindustrie abgegebenen Schadstoffe enthalten verschiedene Chemikalien, die während der Lederbearbeitung verwendet werden und letztlich festen Abfall produzieren. Enzymbehandlung kann eine vorteilhafte Alternative zur chemischen Behandlung in der Lederindustrie sein. Sie ist außerdem sehr hilfreich hinsichtlich der Umweltsicherheit. Darüber hinaus ist die Enzymbehandlung kostengünstig und kann bei niedrigen Temperaturen ohne die Verwendung zusätzlicher Chemikalien durchgeführt werden. Die gleichzeitige Anwendung von Ultraschall und Enzymbehandlung trägt dazu bei, die enzymatische Hydrolyse von Gerberabfällen zu verbessern und führt zu einer Steigerung der Verdauung und des Ausgangs von Spänen und Hobeln.
Felle bestehen hauptsächlich aus unlöslichen faserigen Proteinen, die Kollagen genannt werden und die unter der Wirkung von Proteasen abgebaut werden können. Durch die Anwendung von Ultraschall verliert das Fasernetzwerk des Fells seine Funktion und seine Rate nimmt ab. Das Fasernetzwerk des Fells verschwindet und die Diffusionsrate des Proteasen in den Hautporen nimmt zu. In einem Forschungsbericht wurden ein neutrales Protease (Bacillus subtilis) und eine basische Protease (Bacillus licheniformis) angewendet. Die Ergebnisse zeigten, dass die Protease (basisch) von Bacillus licheniformis nahezu unbeeinflusst durch Ultraschall war. Daher wurde sie als Rohstoff für die Abbau von Festabfall ausgewählt.
Die Nutzen der Ultraschalltechnik hat sich inzwischen erheblich verstärkt, insbesondere in industriellen Anwendungen, und Wissenschaftler haben sich intensiv damit beschäftigt. Es ist bekannt, dass die Energieeinspeisung durch Ultraschall die Erträge und die Produktqualität erheblich steigern kann und die Recycling- und Reinigungsprozesse von Produkten in vielen verschiedenen Industrien erleichtert. Die Ultraschalltechnologie ist eine saubere und effiziente Technologie, die weit verbreitet in der Lebensmittelverarbeitung, dem Tiefkühlen und der Konservierung eingesetzt wird. Sie kann außerdem zur Vorhersage der Lebensdauer industrieller Prozesse und Maschinenteile sowie zur Behandlung von Abfällen verwendet werden, die von verschiedenen Industrien wie Textilien, Landwirtschaft, Gerbereien usw. erzeugt werden.
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