LES ULTRASONS DE PUISSANCE

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1 LES ULTRASONS DE PUISSANCE
Sandrine COSTES Responsable d’activités Ultrasons Nettoyage et traitement des liquides SINAPTEC - 7, avenue Pierre et Marie Curie Lezennes -  – FAX – Site Web

2 Création en1984: Notre métier: Issue d’un laboratoire de recherche de
SINAPTEC Création en1984: Issue d’un laboratoire de recherche de l’Institut Supérieur d’Electronique du Nord 15 personnes spécialistes des ultrasons Notre métier: Conception, Etude et fabrication de matériels ultrasons Depuis l’étude de faisabilité jusqu’à la production en série …

3 Notre offre : Ultrasons et fluides: Ultrasons et matériaux:
SINAPTEC Notre offre : Ultrasons et fluides: Le nettoyage industriel, Le traitement des fluides ( dispersion, émulsion, traitements biologiques …) Ultrasons et matériaux: La découpe et le soudage des matériaux techniques minces, Le Tranchage alimentaire, Etudes et recherches: Instrumentation et mesures

4 Conception des Equipements
SINAPTEC Nos moyens : Conception des Equipements Techniques de calcul par Eléments Finis Outils de CAO 3D Outils de conception Electronique

5 Réalisation des Equipements
SINAPTEC Réalisation des Equipements Moyens de caractérisation Atelier de montage

6 LES ULTRASONS DE PUISSANCE
Ière Partie : 2 Généralités IIème Partie: Production des ultrasons IIIème Partie: Ultrasons et Liquides

7 1. Nature des Ultrasons I. Généralités
Une onde ultrasonore est une onde de même nature qu’une onde acoustique, par opposition aux micro-ondes ou aux ondes HF qui ont une nature similaire aux ondes radios. Les ondes acoustiques existent dans la gamme de fréquences depuis les Infrasons jusqu’aux Hypersons. Infrasons Sons Ultrasons Mégasons Hypersons 1Hz…. 20Hz…. 20kHz…. 1MHz…. 100MHz…. Une onde ultrasonore se propage au travers d’un milieu physique. (Solides, Liquides, Gaz) Aucune propagation n’est possible dans le vide. La propagation est dépendante: De la nature du milieu (densité, homogénéité, élasticité, …) De la fréquence et de l’intensité des ondes ultrasonores

8 2. Champs d’applications:
I. Généralités 2. Champs d’applications: Ultrasons de faible intensité Ultrasons de forte intensité 2.1. Ultrasons de faible intensité: Sont considérées comme telles les ondes ultrasonores dont l’action ne modifie pas les milieux dans lesquels elles se propagent, 2.2. Ultrasons de forte intensité: Sont considérées comme telles les ondes ultrasonores qui par leur action vont modifier, catalyser, agir sur le milieu dans/sur lesquels elles sont appliquées.

9 2.2. Ultrasons de forte intensité:
I. Généralités 2.2. Ultrasons de forte intensité: (Ou Ultrasons de puissance) Gamme d’applications: 20kHz à quelques MHz Trois types d’actions dépendants de la nature du milieu : Milieu solide : Echauffement Modification du coefficient de frottement apparent (solide-matériau, solide-solide) Milieu liquide : Cavitation Milieu gazeux : Vent acoustique

10 LES APPLICATIONS INDUSTRIELLES
Généralités MILIEUX LIQUIDES - Nettoyage, Dégraissage, - Décontamination, - Dégazage, - Sonochimie, - Extraction, - Dispersion de particules, - Fabrication d’émulsion, - Détartrage, - Agitation, - Décolmatage, - Production d’aérosols, … MILIEUX SOLIDES - Soudage Soudage thermoplastique, Insertion, Soudage de films en continu, Soudage métallique, - Découpe Découpe textile, Tranchage de produits alimentaires, - Traitement Usinage abrasif, perçage de matériaux frittés, Grenaillage, Polissage, - Formage - Assistance à l’extrusion, … MILIEUX POUDREUX - Tamisage, - Dispersion de poudres, - Compactage, … DIVERS - Démoussage, - Séchage, - Dépoussiérage, … LES APPLICATIONS INDUSTRIELLES

11 ULTRASONS DE PUISSANCE
Ière Partie : Généralités IIème Partie: Production des ultrasons IIIème Partie: Ultrasons et Liquides

12 II. Production des Ultrasons
Vibrations ultrasonores

13 II. Production des Ultrasons
Le générateur électronique de puissance Convertisseur 220V/50Hz =>1000V/ 20kHz Variation de puissance, Le convertisseur ultrasons transducteur piézoélectrique systèmes d ’adaptation ( booster, sonotrodes) Asservissement automatique de la fréquence pour garantir le meilleur transfert d’énergie, Spécificité des électroniques en fonction des applications ( nettoyage, découpe, soudage…) Gamme de fréquences courante : 15kHz à 80kHz Gamme de puissances courante : 50W à 2kWatts EXEMPLE D’UN EQUIPEMENT ULTRASONS DE TRANCHAGE

14 Production des aérosols
Production des Ultrasons Production des aérosols Générateurs électroniques de puissance Bac de nettoyage contenant le bain lessiviel et les pièces à nettoyer Contre-masse Céramiques piézo-électriques Electrodes Pavillon Transducteurs piézo-électriques collés sur les parois du bac EXEMPLE D’UN EQUIPEMENT ULTRASONS DE NETTOYAGE

15 LES ULTRASONS DE PUISSANCE
Ière Partie : Généralités IIème Partie: Production des ultrasons IIIème Partie: Ultrasons et Liquides

16 1. Généralités III. Ultrasons et Liquides
Les ultrasons de puissance appliqués dans les liquides produisent de nombreux effets intéressants qui reposent surtout sur le phénomène de FORMATION DE BULLES DE CAVITATION. Par la cavitation, ils induisent des Effets Mécaniques et Chimiques : Le nettoyage et/ou l’érosion des surfaces solides en milieu liquide, La dispersion des solides en milieu liquide, L’accélération de la diffusion au travers de membranes, Le mélange intime des liquides non-miscibles, L’accélération des réactions chimiques, La commutation chimique, La pulvérisation de liquides, …

17 2. Principe et mécanismes de la cavitation
III. Ultrasons et Liquides 2. Principe et mécanismes de la cavitation Pt = Po + Pus Diffusion Rectifiée 5 000 K 300 atm 10 

18 3. Les effets de la cavitation
III. Ultrasons et Liquides 3. Les effets de la cavitation Réactions sonophysiques : Réactions dans lesquelles seuls entrent en jeu les effets purement mécaniques des ultrasons, ceci dans des milieux essentiellement hétérogènes. Dans ce cas, il n'y a pas de différence au niveau des mécanismes sous ultrasons ou classiques, et aucune commutation chimique (modification du mécanisme réactionnel) ne peut être observée. Réactions sonochimiques : En milieux homogènes ou hétérogènes, ce sont des réactions qui correspondent à la formation de radicaux libres, de radicaux ions ou d’espèces insaturées obtenues par fragmentation du solvant et des réactifs sous l’influence de la cavitation acoustique. Définitions du Professeur LUCHE

19 3. Les effets de la cavitation
III. Ultrasons et Liquides 3. Les effets de la cavitation 1 – Explications des effets mécaniques Micro jet -> 100m/s SURFACE SOLIDE Perforation d’une feuille de papier aluminium par la cavitation ultrasonore

20 3. Les effets de la cavitation
III. Ultrasons et Liquides 3. Les effets de la cavitation 2 – Domaine d’applications des effets mécaniques Fréquences Ultrasonores : 20 – 40 kHz (basses fréquences) Intensité de la Cavitation : Forte intensité d’implosion des bulles - SECTEURS D’INTERVENTION - Alimentaire, Mécanique, Optique, Filtration, Textile, Sérigraphie, Chimie, … - APPLICATIONS - Nettoyage et/ou l’érosion des surfaces solides en milieu liquide, Lavage, Dégraissage, Décapage, Dégravage, Décolmatage, Décontamination, … Lyse des cellules, Accélération de la diffusion au travers de membranes, Libération de contenus cellulaires, Extraction, Dégradation de bactéries,… Dispersion des solides en milieu liquide, Désagglomération, Réduction de tailles, … Mélange intime des liquides non-miscibles, … Emulsification, Texturation des aliments,…

21 LES CONDITIONS OPERATOIRES
III. Ultrasons et Liquides 3. Les effets de la cavitation 3 – Le Nettoyage Ultrasonore LES CONDITIONS OPERATOIRES PUISSANCES 10 à 20 W eff. / Litre FREQUENCES 20 à kHz TEMPERATURES Optimale : 40 à 60 °C BAINS Neutre ou basique DUREES qq. sec à qq. dizaines de mn VOLUMES qq. 10 à litres

22 3. Les effets de la cavitation
III. Ultrasons et Liquides 3. Les effets de la cavitation 3 – Le Nettoyage Ultrasonore LES AVANTAGES DE LA TECHNOLOGIE Bain lessiviel en remplacement du nettoyage solvant : Protection des opérateurs et de l’Environnement Recyclage des rebuts de production Exemples : Décapage de vitrages émaillés Recyclage des outillages de production Exemples : Dégravage d’écrans de sérigraphie Décolmatage de filtres Décapage microscopique des surfaces solides Nettoyage dans les pores et crevasses des surfaces solides Dispersion des contaminants sous l’influence de mouvements turbulents

23 EXEMPLES D’APPLICATIONS
III. Ultrasons et Liquides 3. Les effets de la cavitation 3 – Le Nettoyage Ultrasonore EXEMPLES D’APPLICATIONS Nettoyage de tarauds après traitement en bains de sels Nettoyage/ Dégravage d’écrans de sérigraphie Nettoyage de filtres

24 Dégravage de vitrages émaillés Volume : 800 litres Puissance : 8 kW
III. Ultrasons et Liquides 3. Les effets de la cavitation 3 – Le Nettoyage Ultrasonore EXEMPLES D’APPLICATIONS Dégravage de vitrages émaillés Volume : 800 litres Puissance : 8 kW

25 3. Les effets de la cavitation
III. Ultrasons et Liquides 3. Les effets de la cavitation 4 - La lyse des cellules Effets de cisaillement, ondes de choc, courants de convection Destruction de bactéries (levures, E. Coli, …) Libération du contenu des cellules (enzymes, ADN, …) Extraction de parfums, d’huiles essentielles, ... Exemple : Traitement ultrasonore des boues biologiques Boues initiales Boues après traitement Ultrasons Canalisations à ultrasons

26 AVANTAGES DES ONDES ULTRASONORES Nettoyage préventif de la lampe UV
III. Ultrasons et Liquides 3. Les effets de la cavitation 5 – Couplage Ultrasons / Ultraviolet AVANTAGES DES ONDES ULTRASONORES ECRAN )))) qq sec ECRAN LAMPE UV )))) qq dizaines de mn REFLEXION Nettoyage préventif de la lampe UV 5 sec d’Ultrasons + 5 sec d’UV Process moins consommateur d’énergie et plus performant que 30 sec d’UV seul CONTACT DIRECT Particules solides / Flocs Bactéries

27 3. Les effets de la cavitation
III. Ultrasons et Liquides 3. Les effets de la cavitation 6 - Décontamination Décontamination Réduction significative de la charge microbienne permettant de limiter la contamination de la chair lors du pelage. Exemple de la décontamination des peaux d’oranges Agro-Jonction n°29 Mars Avril 2002