Curatarea cu ultrasunete se bazeaza pe 3 parametri:
EFECTUL MECANIC:
Cum vor ajuta undele ultrasunetelor la curatarea pieselor?
EFECTUL CHIMIC:
De ce este importanta utilizarea detergentillor?
De ce nu putem curata doar cu apa?
CALITATEA APEI:
Cum sa alegem cea mai buna calitate a apei?
Cum se controleaza toti acesti parametri?
CONTROLUL PROCESULUI:
Verificati toti parametri si obtineti curatarea perfecta
SFATURI PENTRU A IMBUNATAȚI EFICIENȚA CURAȚARII:
Ce putem schimba?
EFECTUL MECANIC – Curatarea cu ultrasunete
Cum sunt produse undele ultrasunetelor?
Atunci cand undele de sunet de inalta frecventa sunt trecute printr-un lichid de curatare, precum apa, cu un aditiv de detergent adecvat, mai multe milioane de bule microscopice se formeaza si se lovesc. Aceste bule sunt rezultatul fazelor de intindere si comprimare a undelor de sunet in fluid, intregul proces fiind cunoscut sub numele de cavitatie. Microbulele de aer vor imploda sub actiunea mecanica a undelor de ultrasunete si se va elibera astfel o cantitate mare de energie, iar temperatura locala va creste. Bulele sunt fortate in crapaturile unde fluidul poate patrunde astfel intre contaminare si piesa de prelucrat, lasand-o complet curata si fara murdarie ascunsa.
Frecventele diferite ale ultrasunetelor
25 KHz – Cea mai puternica frecventa pentru a indeparta contaminarea masiva. NU utilizati pe suprafetele lustruite cu aspect de oglinda si materialele sensibile, precum sticla, aluminiul...
40 KHz – Frecventa standard care poate fi compatibila cu o gama larga de materiale si pentru indepartarea unei cantitati mari de contaminant.
80 kHz – Aceasta frecventa este utilizata pentru a curata piesele cu geometrie complexa. Bulele de cavitatie pot patrunde in orificiile mici pentru a indeparta contaminarea.
120 kHz si Megasonic – Principala aplicatie in optica de precizie pentru curatarea pieselor foarte sensibile precum micro-placutele. Puterea de cavitatie este redusa, astfel ca aceste frecvente sunt utilizate pe piesele curate pentru a indeparta praful in etapa de curatare finala.
(80 kHz si peste sunt disponibile doar in cazurile comenzilor speciale)
Parametri importanti care pot influenta cavitatia
- Presiune externa
- Temperatura – Lichidele de curatare incalzite reduc timpul de curatare, iar murdaria este indepartata mai rapid
- Frecventa ultrasunetelor
- Puterea ultrasunetelor
- Natura substantelor chimice utilizate pentru curatare, concentratia si densitatea acestora, etc....
Pozitionarea pieselor in camera de lucru
Eficienta proceselor de curatare pe baza de apa este legata de contactul direct al substantei chimice de curatare cu impuritatile de pe suprafata. Importanta pozitionarii este intotdeauna subestimata in principal in cazul pieselor cu geometrie complexa.
Performantele cu pozitionarea corecta a pieselor intr-un aparat de curatat cu ultrasunete sunt:
- Eficienta ultrasunetelor prin scufundare sau jet de presiune prin pulverizare
- Protectia fizica impotriva deteriorarii mecanice a suprafetei
- Eficienta contactului dintre substrat si substantele chimice
- Eficienta operatiei de clatire
- Eficienta etapei de uscare
Cuve de curatare cu ultrasunete
Cuve mari Cuve mici Cuve fabricate la comanda Lichide pentru curatarea cu ultrasunete
EFECTUL CHIMIC – Proprietatile moleculei de apa
Polaritatea apei
O molecula de apa este formata din oxigen si hidrogen. Datorita proprietatilor sale intrinseci, molecula de apa este polara, ceea ce inseamna ca apa are capacitatea de a dizolva saruri. Dar apa nu este miscibila cu hidrocarburi nepolare, precum uleiurile si grasimile.
Tensiunea superficiala a unui lichid
Agrafa de hartie pluteste la suprafata apei, aceasta reprezinta o forta la care suprafata compenseaza greutatea sa, rezultand o atractie intramoleculara (forta Van der Waals) din cauza polaritatii moleculei de apa. In interiorul lichidului, fortele Van der Waals se compenseaza reciproc. La suprafata lichidului, fortele rezultate se indreapta spre interiorul lichidului. Acest lucru tinde sa contracteze lichidul si suprafata sa se comporta ca o membrana intinsa.
Efectul Lotus
Datorita tensiunii superficiale ridicate, apa naturala isi pastreaza forma sa sferica.
Efect de coroziune – Oxidarea fierului
Acest lucru se intampla atunci cand fierul metalic se dizolva in apa prin transfer de electroni. Oxigenul dizolvat reactioneaza cu moleculele de apa si cu electronii pentru a forma ioni de hidroxid. Hidroxidul si ionii de fier reactioneaza apoi pentru a forma hidroxid de fier. Diferite combinatii chimice ca oxizi sau saruri de hidroxid.
Lana otelata 30 min in apa
Apa de la robinet 350 microS/cm Apa deionizata 1 microS/cm
De ce trebuie utilizati detergenti pentru curatarea pieselor?
- Pentru a scadea tensiunea superficiala a apei (efect de umezire / udare)
- Pentru a permite solubilizarea compusilor de uleiuri si grasimi in solutia apoasa (efect emulsifiant)
- Pentru a proteja impotriva coroziunii (adaugand inhibitori de coroziune)
EFECTUL CHIMIC – Cum actioneaza detergentii?
DEGRESARE – Natura uleiului si grasimii
Grasimile saponificate din plante si de origine animala in solutie caustica.
- Trigilicerida nu este solubila in apa
- Ionul carboxilat si glicerolul sunt solubile in apa
- Acordati atentie sensibilitatii substratului in cazul aplicarii solutiilor puternic alcaline (matuirea aliajului de cupru)
Grasimile din saponificarea de origine minerala nu sunt posibile din punct de vedere chimic. Efectul tensidelor (surfactantilor) este necesar.
Ce este un surfactant?
Surfactantii (numiti si tenside) sunt compusi dintr-o coada hidrofoba si un cap hidrofil. Lungimea cozii hidrofobe si natura capului vor induce capacitatea de a crea micele si actiunea corespunzatoare de detergent.
Cum actioneaza surfactantii?
Concentratia micelara critica (CMC): Concentratia minima la care moleculele surfactantilor incep sa formeze micele. Fara micele, detergentul nu poate detine proprietati de curatare. Sub CMC, moleculele sunt libere si formeaza straturi monomoleculare (pentru adsorbtie). Peste CMC, moleculele formeaza stratul monomolecular. Cand toata zona a fost acoperita de surfactanti, acestia formeaza micele. Cu cat sunt adaugati mai multi surfactanti, cu atat se formeaza mai multe micele. Tensiunea superficiala nu scade odata cu cresterea surfactantilor.
Scaderea tensiunii superficiale a apei: Surfactantii se orienteaza intre moleculele de apa si perturba "dispunerea" lor. Forta este apoi coborata. Pentru anumiti surfactanti, tensiunea superficiala poate fi redusa la ~ 30 mN / m sau chiar sub aceasta valoare.
Uleiurile emulsifiante: Cand se adauga ulei in apa continand un surfactant, uleiul este inconjurat de surfactant. Capul surfactantului este legat de moleculele de apa, in timp ce coada capteaza picaturile de ulei.
Dispersia uleiurilor in lichid: Surfactantii adsorbandu-se pe murdarie / picaturile de ulei
- Grupul hidrofil este in contact cu faza apoasa
- Grupul hidrofob este in contact cu uleiul sau murdaria
Stabilizarea picaturilor ajuta la prevenirea coalescentei cu alte picaturi (prin forte repulsive). Fortele repulsive intre grupurile de cap evita coalescenta picaturilor.
Efectele surfactantilor: mecanism global
Efect specific – inhibarea coroziunii: Pelicula monomoleculara pe o suprafata solida Efect hidrofobic protectie impotriva oxidarii
Exista patru familii de surfactanti
- Anionic: pentru umezire
- Cationic: pentru proprietati antistatice si activitati antibacteriene
- Amfoteric: surfactantul va fi anionic sau cationic ca functie a valorii pH a solutiei
- Nonionic: pentru efect emulsifiant
Efectele surfactantilor; scaderea tensiunii superficiale a apei, emulsionarea contaminarii si protectia impotriva coroziunii.
Compozitie tipica a detergentului:
- Surfactanti
- Agenti inhibitori: componente pentru inhibarea efectelor negative ale sarurilor de calciu si magneziu (reactie cu surfactanti si depunerea de saruri solubile slab)
- Solventi
- Aditivi de reglare pH
- Aditivi anti-corozivi
- Aditivi specifici: conservanti, biocide, agenti antistatici, agenti de ingrosare...
- Materiale de umplere (filere)
Trei parametri vor induce proprietatile de detergent:
- Substratul – Produsul trebuie sa fie compatibil cu substratul. Valoarea sa pH si compozitia trebuie sa fie adaptate.
- Contaminarea – Produsul trebuie sa fie eficient pe un tip specific de contaminare.
- Tratamentul de suprafata al substratului -Ce tratament trebuie aplicat pe piese dupa curatare?
Substraturile metalice
Substraturi nemetalice
Ceramice – Sensibilitatea reprezinta o functie a declaratiei compozitiei si suprafetei materialului.
Lentile minerale in optica oftalmica – Rezistente la compusii chimici
Safire – Rezistente la compusii chimici
Lentile minerale in optica de precizie – Sensibile la produsi alcalini, acizi si fosfati.
Lentile organice in optica oftalmica (CR39, PA, Index ridicat) – Sensibilitate redusa
Lentile organice in optica oftalmica (policarbonati) – Sensibile la produsi alcalini si solventi specifici
IMPORTANT: Luati in calcul sensibilitatea: La efectul de coroziune, datorita valorii pH si conductivitatii apei. Agentii inhibitori care pot solubiliza anumite elemente ale materialelor si crea orificii.
Un exemplu specific: sensibilitatea carburilor de tungsten legate cu cobalt. Granulele de carbura sunt incluse intr-o matrice de cobalt. Cobaltul poate fi spalat rapid cu o solutie de curatare apoasa. Spalarea cobaltului va avea un impact puternic negativ asupra proprietatilor mecanice ale materialului.
Contaminarea
Lustruirea componentelor – Grasimi animale si vegetale pentru slefuirea si lustruirea continutului mineral
Uleiuri si emulsii – Uleiuri minerale si vegetale; emulsie pe baza de apa
Lacuri protectoare – Strat organic pentru protectia mecanica in timpul proceselor de fabricare
Reziduuri de oxidare – Pe aliajele de cupru sau otel sensibil (20 AP) in timpul proceselor de fabricare sau depozitare
Rostogolirea reziduurilor – Pentru finisarea suprafetei dupa lustruirea mecanica-chimica cu pietre abrazive in tamburul de curatat
Amprente – Dupa ultima etapa din procesul de fabricatie si inainte de control
Tratamentul suprafetei substratului
Conform urmatoarelor etape dupa curatare, suprafata substratului trebuie sa fie hidrofila sau hidrofoba.
Umiditatea poate fi evaluata prin masurarea unghiului de contact. Picatura va forma un unghi cu substratul:
Daca θ > 90° suprafata nu este umeda
Daca θ < 90° suprafata este partial umeda
Suprafata hidrofila va fi necesara la curatarea finala, pentru a obtine o suprafata fara particule. Pentru aderenta unor acoperiri specifice cu un comportament polar sau hidrofil si pentru a ajuta la clatirea pieselor.
Suprafata hidrofoba va fi necesara pentru a asigura protectia impotriva coroziunii, obtinerea unui comportament antistatic, aderenta acoperirilor specifice cu un comportament nepolar sau hidrofob si pentru a ajuta la uscarea pieselor.
Contactati-ne daca doriti sa beneficiati de instruire suplimentara (NGL Academy)
INFLUENȚA CALITAȚII APEI – Etapele de clatire
Pasi tipici de clatire
- Clatiti cu apa de la robinet pentru un efect de clatire ridicat (apa de la robinet are o compozitie eterogena, in functie de sursa de alimentare)
- Apa deionizata pentru uscarea fara urme. (Apa deionizata are o calitate chimica standardizata)
Calitatile apei
APA DE LA ROBINET
- Pregatirea solutiei de curatare si a primei etape de clatire cand calitatea apei este omogena si nu este necesara o calitate critica a suprafetei
- Calitate foarte eterogena, in functie de locatie
- Conductivitate ridicata de pana la 600-700 microSiemens / cm
- Deseori continut ridicat de saruri de calciu si magneziu care conduc la formarea de reziduuri de sare pe piese
- Pot fi contaminate cu materiale organice si cloruri
APA DE LA ROBINET DEDURIZATA
- Prima etapa de clatire, cand apa de la robinet are un continut ridicat de calciu si magneziu
- Calitate si conductivitate similara precum apa de la robinet originala dar cu excluderea calciului si a magneziului inlocuite de sodiu (schimbator de ioni)
- Inhibarea depunerii sarii solubile slabe
- Poate fi contaminata cu bacterii
APA OSMOZATA
- Pregatirea solutiei de curatare atunci cand apa de la robinet are un continut foarte ridicat de calciu si magneziu
- Produsa prin filtrare cu membrana cu porozitate redusa
- 90% retentie de sare; conductivitate: 10-20 microSiemens / cm
Eliminarea majoritatii contaminarii organice si bacteriene
APA DEMINERALIZATA
- Ultima etapa de clatire inainte de uscare pentru eliminarea totala a sarurilor reziduale
- Produsa si reciclata prin schimbatoare de ioni (rasini cu pat mixt)
- Continut foarte redus de sare; conductivitate: < 0.1 microSiemens / cm
- Poate fi contaminata cu substante organice si bacterii
- Necesitate tratament complementar cu UV si carbune activ
Schimbatorul de ioni este un material solid insolubil in apa (bile mici). Materialul este inzestrat chimic cu functii ionice capabile sa fixeze specii ionice, precum sarurile dizolvate.
R-AR + + BS+ = R-BR+ + AS+
R-AR - + BS- = R-BR- + AS-
Schimbatorii de ioni cationici pastreaza cationi precum schimbatorii de ioni Na + anionici, care pastreaza anionii precum Cl-. Un amestec de schimbatori de ioni cationici si anionici reprezinta un pat mixt.
INFLUENȚELE CALITAȚII APEI - Microbiologie
Parametru critic al procesului adeseori omis
Bacteriile / algele vor creste intr-un mediu apos (umiditate) si la temperaturi intre 20°C si 40°C. Acestea vor aparea in instalatia de apa demineralizata si, de asemenea, in cuva de clatire. (Daca peretii cuvei sunt alunecosi, atunci exista bacterii.) IMPORTANT: BACTERIILE si ALGELE pot aparea, de asemenea, in solutiile de curatare, daca produsul are o valoare neutra a pH-ului si este utilizat la temperaturi scazute.
CONTROLUL PROCESULUI – Solutia de curatare
Datorita fortelor interne de atractie ale unui lichid, bulele de aer din lichide sunt comprimate. Presiunea rezultata (presiunea bulei) se ridica la o raza a bulei in scadere. Metoda de presiune cu bule utilizeaza aceasta presiune a bulelor, care este mai mare decat in mediul inconjurator (apa). Un flux de gaz este pompat intr-un capilar care este scufundat intr-un fluid. Bula rezultata la capatul varfului capilar devine din ce in ce mai mare in suprafata, in timp ce raza bulelor scade.
Presiunea creste pana la un nivel maxim. In acest moment, bula a atins cea mai mica raza (raza capilara) si incepe sa formeze o emisfera. Dincolo de acest punct, bulele cresc rapid in dimensiune si in scurt timp explodeaza, indepartandu-se de capilar, permitand astfel unei noi bule sa se dezvolte in varful capilar. In timpul acestui proces se dezvolta un model caracteristic de presiune, care este evaluat pentru determinarea tensiunii superficiale.
Echipamentul de testare a curatarii
Masurarea indicelui de refractie
Principiul de functionare se bazeaza pe reflexia totala a fasciculului incident la marginea mostrei si a prismelor de sticla intre care este introdus. Aceasta necesita ca mostra sa aiba un indice de refractie mai scazut decat prisma, astfel incat prismele sunt realizate din sticla cu indice mare.
Pentru un compus, indicele de refractie va fi reprezentat de o functie a concentratiei si a temperaturii. Daca temperatura este fixa, poate fi stabilita curba standard a indicelui de refractie in functie de concentratie.
UPC 3000 (Controller de proces ultrasonic)
Monitorizarea simpla si imediata a parametrilor cheie pentru a asigura calitatea curatarii
- Masurarea directa a temperaturii si conductivitatii
- Monitorizarea variatiilor de putere ultrasonica in baile de ultrasunete
- Controlul calitatii apei deionizate in cuvele de clatire finala
- Configuratie specifica a dispozitivelor bazate pe necesitatile clientilor
- Controlul dispozitivului prin utilizarea unui meniu simplu si a trei taste
- Masurarea concentratiei de detergent recuperat din apa dura sau deionizata
AQUASNAP
- Sistemul masoara ATP in bacterii.
- Fiecare bacterie este compusa dintr-o cantitate fixa de ATP.
- Ajustare: lichidul si reactivii sunt mixati, ATP se lipeste de un reactiv care emite lumina (luciferaza / luciferina).
- Cantitatea de lumina este masurata de dispozitiv (unitate: Unitate de lumina relativa).
- Cantitatea de ATP este calculata din nou, iar cantitatea de bacterii poate fi dedusa.
Benzi pentru testare cu cerneluri
Determinarea tensiunii superficiale cu ajutorul cernelurilor: Aceasta metoda de testare este potrivita pentru persoanele care opereaza pe liniile de productie ca o verificare de rutina. Rezultatul poate fi imediat evaluat si ofera o imagine foarte clara a gradului de tratament sau de curatare pentru personalul instruit corespunzator. Cernelurile de marcare arata ca tensiunea superficiala a acestei suprafete este de cel putin 30-32 mN / m.
Masuratori ale unghiului de contact
Pentru a determina energia suprafetei, este necesar unghiul de contact dintre suprafata si picatura lichidului. Acest lucru este posibil cu o imagine a formei de picatura peste materialul pe care dorim sa-l caracterizam. Daca lichidul este apa:
Unghi mare inseamna o suprafata hidrofoba
Unchi mic inseamna o suprafata hidrofila
Sfaturi pentru imbunatatirea eficientei curatarii
Proces pe baza de apa (apa reprezinta pana la 95%!).
Stabilizarea calitatii apei dvs.
Cartuse de filtrare
- Doar pentru particule cu o porozitate cuprinsa intre 5μm si 20μm
- Efect bun de clatire
- Sarea dizolvata nu este filtrata
- Conductivitate similara inainte si dupa filtrare
- Bacteriile si clorul nu sunt retinute
Dispozitiv de inmuiere
- Sare dizolvata retinuta
- Conductivitate similara inainte si dupa filtrare
- Efect de clatire redus (Ca2 + si Mg2 + inlocuite cu Na +)
- Bacteriile si clorul nu sunt retinute
Combinatie de tehnologii
- Retine particulele in suspensie (porozitatea trebuie adaptata)
- Mentine un efect bun de clatire
- Retine bacteriile si clorul
- Cartus de filtrare + Inmuiere + Nano-filtrare necesare
Stabilizarea procesului dvs.
Procesele stabile si o calitate constanta a suprafetei lentilelor necesita control. Parametrii cheie care trebuie controlati:
1. CONCENTRAȚIA CUVELOR ACTIVE
- Cum pot controla concentratia?
- Cum setez & controlez frecventa?
- Reactualizare?
- Modificare?
2. PUTEREA ULTRASUNETELOR IN FIECARE CUVA
- Sunt eficiente traductoarele mele?
- Este suficienta puterea ultrasunetelor (echipament defect) ?
3. VALOARE CONDUCTIVITATE IN FIECARE CUVA ACTIVA
- Este conductivitatea mea in conformitate cu cea furnizata?
- Corelatie intre conductivitate si contaminare?
4. VALOARE CONDUCTIVITATE IN CUVA CU APA DEIONIZATA
- Corespunde conductivitatea in cuva cu masuratoarea unitatii de apa deionizata?
- Este suficient de buna calitatea apei mele deionizate?
CONDUCTIVITATE? Conductivitatea electrica este inversa rezistivitatii. Aceasta corespunde conductivitatii unei portiuni de material de lungime 1 m si sectiune 1 m2.
Contactati-ne daca doriti instruire suplimentara (NGL Academy)
Cuve mari Cuve mici Cuve fabricate la comanda Lichide pentru curatarea cu ultrasunete
