산업에서의 초음파 응용

초음파란 무엇인가

초음파는 인간의 청각 범위를 초과하는 초고주파 소리 파동을 의미한다. 이는 일반적으로 공기 중에서는 2cm 미만의 매우 짧은 파장을 가지며, 진공 상태(예: 우주)에서는 존재할 수 없고 매체에 의존하여 전파된다. 물속에서는 공기보다 더 멀리 전파되지만, 짧은 파장 때문에 공기 중에서 손실되고 산란되기 쉽고, 청각 범위 내 소리나 저주파보다는 멀리 전달되지 않는다.

표면파

금속 산업에서의 초음파 응용
초음파는 산업 부품의 서비스 수명을 예측할 수 있습니다. 산업 장비 부품의 수명을 예측하는 것의 중요성은 과대 평가될 수 없습니다. 이 예측 과정은 피로하고, 복잡하며, 어려운 작업입니다. 문헌에 보고된 연구 결과에 따르면 피로 기계의 다양한 금속 부품에서 미세 손상이 점차 발생하며, 이후 피로로 인한 균열이 점차 증가하여 주요 손상 매크로 균열의 재앙적인 성장을 초래합니다. 이러한 긴 준비 단계의 존재는 적절한 조치가 다음 단계의 프로세스 변화를 방지하는 데 도움이 될 수 있음을 시사합니다.

식품 산업에서의 초음파 기술
고에너지 초음파 응용 분야에서는 1 W/cm² 이상의 강도와 100 kHz 주파수가 사용됩니다. 고에너지 초음파는 액체 식품에서 기체를 제거하고, 결정화를 촉진하며, 산화환원 반응을 유도하고, 단백질과 효소의 추출 및 정제에 사용되며, 핵 형성 시작뿐만 아니라 효소 비활성화에도 기여합니다. 식물 미생물 비활성화를 위한 요구 사항을 비교한 연구들은 초음파를 사용하면 더 낮은 온도에서 액체 식품의 열 처리가 가능하다는 것을 보여줍니다. 초음파 처리에는 추가 에너지가 필요하여 통합된 공정의 전체 에너지 수요가 증가하지만, 저렴한 전기 공급이나 대체 에너지원이 없는 지역에서는 현재 인기 있는 열 처리 방식의 흥미로운 대안이 될 수 있습니다. 이러한 처리 방법 중 하나로서, 초음파를 사용하면 액체 제품에서 기체를 상대적으로 쉽게 제거할 수 있습니다.

초음파의 농업 산업에서의 응용
지중해 지역에서는 올리브 밀에서 나오는 폐수가 환경을 오염시키고 있다. 또한, 올리브 밀의 물은 농장과 밭에 관개용으로 사용되며, 폐수는 수자원으로 유입되어 물원을 심각하게 오염시키는데, 이는 강력한 생물학적 성질을 포함하고 있기 때문이다. 따라서, 농업 폐수로부터 오염 물질을 제거하기 위해 초음파를 사용할 필요가 있다. 이 폐수의 1차 처리는 빛 조사에 의한 촉매의 광자 활성화를 포함하며, 2차 처리는 초음파로 인한 전력 초음파 공극 현상을 포함한다.

초음파의 가죽 산업에서의 응용
가죽 산업에서 배출되는 오염물질에는 가죽 처리 과정에서 사용되는 다양한 화학 물질이 포함되며, 결국 고체 폐기물을 생성합니다. 효소 처리는 가죽 산업에서 화학적 처리의 유익한 대안이 될 수 있습니다. 또한 환경 안전 측면에서도 매우 유용합니다. 더불어 효소 처리는 비용이 적으며 추가적인 화학 물질을 사용하지 않고 낮은 온도에서 수행할 수 있습니다. 초음파와 효소 처리를 동시에 적용하면 제 Tanner 폐기물의 효소 분해를 개선하고 소화성과 칩 및 박편의 수율을 증가시킬 수 있습니다.

가죽은 주로 콜라겐이라고 불리는 불용성 섬유 단백질로 구성되어 있으며, 이는 프로테아제의 작용에 의해 분해될 수 있습니다. 초음파를 적용하면 가죽의 섬유망이 그 기능을 상실하고 그 비율이 감소합니다. 가죽의 섬유망이 사라지고 피부 모공 내 프로테아제의 확산 속도가 증가합니다. 한 연구 보고서에서는 중성 프로테아제(Bacillus subtilis)와 알칼리성 프로테아제(Bacillus licheniformis)가 사용되었습니다. 결과는 Bacillus licheniformis의 프로테아제(알칼리성)가 초음파에 거의 영향을 받지 않는다는 것을 보여주었습니다. 따라서 이는 고체 폐기물의 분해를 위한 원료로 선택되었습니다.

파워 초음파의 활용도는 특히 산업 응용 분야에서 크게 증가하였으며, 이에 대한 과학자들의 심층적인 연구가 진행되어 왔습니다. 초음파를 통해 공급된 에너지가 다양한 산업에서 생성되는 제품의 수율과 품질을 현저히 증대시킬 수 있으며, 제품의 재활용 및 정제 과정을 촉진할 수 있음이 알려져 있습니다. 초음파 기술은 청정하고 효율적인 기술로서 식품 가공, 냉동 및 보존 분야에서 널리 사용되고 있습니다. 또한 이 기술은 섬유, 농업, 제혁 산업 등 다양한 산업에서 발생하는 폐기물 처리뿐 아니라 산업 공정 및 기계 부품의 수명 예측에도 활용될 수 있습니다.