gli ultrasuoni di potenza migliorano i cambiamenti chimici e fisici in un mezzo liquido attraverso la generazione e la successiva distruzione di cavitazione bolle. come qualsiasi onda sonora, gli ultrasuoni si propagano via una serie di onde di compressione e rarefazione indotte nelle molecole del mezzo attraverso il quale passa. a potenza sufficientemente elevata il ciclo di rarefazione può superare le forze attrattive delle molecole del liquido e cavitazione le bolle si formeranno. tali bolle crescono mediante un processo noto come diffusione rettificata, cioè piccole quantità di vapore (o gas) dal mezzo entra nella bolla durante la sua fase di espansione e non è completamente espulso durante compressione. Le bolle crescono nel periodo di alcuni cicli fino a una dimensione di equilibrio per la particolare frequenza applicata. è il destino di questi bolle quando loro collasso in successivi cicli di compressione che genera l'energia per effetti chimici e meccanici (Figura 2.1). Cavitazione il collasso delle bolle è un fenomeno notevole indotto in tutto il liquido dalla potenza del suono. in sistemi acquosi a una frequenza ultrasonica di 20kHz ogni cavitazione il collasso della bolla agisce come un "hotspot" localizzato generando temperature di circa 4.000 k e pressioni superiori a 1000 atmosfere [1-3].

figura 2.1: generazione di una bolla acustica

La cavitazione bolla ha una varietà di effetti all'interno del mezzo liquido a seconda su il tipo di sistema in cui è generato. Questi i sistemi possono essere sostanzialmente suddivisi in liquidi omogenei, eterogenei solidi/liquidi ed eterogeneo liquido/liquido. all'interno di sistemi chimici questi tre raggruppamenti rappresentano la maggior parte delle situazioni di elaborazione.

2.1 omogeneo FASE LIQUIDA reazioni

(i) nel liquido sfuso imm ediatamente che circonda la bolla dove il rapido collasso della bolla genera forze di taglio che possono produrre effetti meccanici e

(ii) nella bolla stessa dove qualsiasi specie introdotta durante la sua formazione sarà soggetta a condizioni estreme di temperatura e pressione al momento del collasso che porteranno a effetti chimici. (Figura 2.2).

figura 2.2: acustica cavitazione in un liquido omogeneo

2.2 CAVITAZIONE vicino a una superficie

a differenza cavitazione collasso di bolle nel liquido sfuso, collasso di una cavitazione la bolla sopra o vicino a una superficie non è corretta simmetrico perché la superficie fornisce resistenza al flusso di liquido da quel lato. Il risultato è un afflusso di liquido prevalentemente dal lato della bolla lontano dalla superficie con conseguente formazione di un potente getto di liquido, mirato alla superficie (Figura 2.3). L'effetto è equivalente al getto ad alta pressione ed è la ragione per cui gli ultrasuoni vengono utilizzati per pulire. Questo l'effetto può anche attivare catalizzatori solidi e aumentare la massa e il trasferimento di calore alla superficie mediante la distruzione degli strati limite interfacciali.

figura 2.3: Cavitazione collasso della bolla in corrispondenza o in prossimità di una superficie solida

2.3 ETEROGENO EOUS POLVERE-LIQUIDO reazioni

acustica cavitazione potere produ ce drammatici effetti sulle polveri sospese in un liquido (Figura 2.4). imperfezioni superficiali o gas intrappolato possono fungere da nuclei per cavitazione la formazione di bolle sulla superficie di una particella e il successivo collasso superficiale possono quindi portare a onde d'urto che rompono la particella a parte. Cavitazione il collasso di bolle nella fase liquida vicino a una particella può costringerla a movimento rapido. sotto questi circostanze l'effetto dispersivo generale è accompagnato da interparticle collisioni che possono portare a erosione, pulizia superficiale e bagnatura delle particelle e riduzione delle dimensioni delle particelle.

figura 2.4: acustica cavitazione in un liquido con una polvere sospesa

in eterogenei liquidi/liquidi reazioni, cavitazionali il collasso in corrispondenza o in prossimità dell'interfaccia causerà interruzioniione e miscelazione, con conseguente formazione di emulsioni molto fini (Figura 2.5).

figura 2.5: Cavitazione effetti in un liquido/liquid hetero eterogeneo sistema