Influência da frequência ultrassônica no tamanho das partículas em pulverização atomizada

Os bicos ultrassônicos são um tipo de atomizador que utiliza um transdutor piezoelétrico para gerar vibrações de alta frequência na ponta do bico, criando ondas capilares na película líquida. Quando a amplitude dessas ondas atinge um pico crítico (determinado pela potência fornecida pelo gerador), elas se tornam muito altas para se sustentarem, e cada ponta da onda libera minúsculas gotículas, realizando assim a atomização.

Os elementos mais importantes que influenciam a medição preliminar de gotículas atomizadas são a frequência de vibração, a tensão superficial e a viscosidade do líquido. Tipicamente, a faixa de frequência varia de 25 a 180 kHz, ultrapassando o alcance da audição humana. Frequências mais altas produzem partículas atomizadas mais finas.

De acordo com a documentação, a dimensão mediana das gotas é inversamente proporcional à frequência; à medida que a frequência aumenta, a dimensão mediana das gotas diminui. No entanto, a viscosidade e a densidade do líquido também influenciam o tamanho das gotas. De modo geral, uma maior viscosidade resulta em gotas maiores, enquanto uma maior densidade resulta em gotas menores. Além disso, parâmetros como o design do bico, o ângulo de pulverização, a vazão do líquido e a tensão também afetam a qualidade da atomização.

Fórmula de Cálculo

A medição de gotas baseia-se na frequência e nas propriedades químicas, de acordo com a equação matemática que a rege: onde f é a frequência da superfície vibrante, σ é a pressão superficial do líquido e ρ é a densidade do líquido. Lang posteriormente comprovou essa equação experimentalmente e estabeleceu a seguinte equação empírica.

Tamanho médio das partículas

Qual é o tamanho mediano das partículas? O diâmetro mediano numérico define o fator de 50% no tamanho das gotículas; ou seja, metade das gotículas no spray tem um diâmetro maior que esse valor, e a outra metade tem um diâmetro menor que esse valor.

A distribuição das gotículas é obtida dividindo-se a população de gotículas em um conjunto de faixas de tamanho (canais) e calculando-se a fração de gotículas que se enquadram em cada canal. A largura do canal foi definida como 4 micrômetros. Para a distribuição do bocal de 60 kHz mostrada à direita, 2% das gotículas se enquadram no canal que abrange a faixa de 10 a 14 micrômetros, 4,5% se enquadram na faixa de 14 a 18 micrômetros e assim por diante.

Como os diâmetros das gotas são representados em escala logarítmica, a largura dos canais parece diminuir à medida que o diâmetro aumenta. No entanto, cada canal tem 4 micrômetros de largura. O pico representa o diâmetro mediano das gotas na distribuição.

Na atomização ultrassônica, o tamanho das gotas é determinado pela frequência de vibração do bocal, pela tensão superficial do líquido e por sua densidade. A frequência é o fator mais indispensável; frequências maiores resultam em diâmetros médios de gotas menores.

De modo geral, a distribuição das dimensões das gotas produzidas por bicos ultrassônicos segue uma curva de distribuição normal. O gráfico acima mostra a distribuição cumulativa das dimensões das gotas de água em diferentes frequências. Vários parâmetros podem ser usados ​​para descrever a média e a mediana de uma distribuição precisa de gotas. O diâmetro mediano corresponde ao ponto de medição de 50% das gotas, ou seja, metade das gotas tem um diâmetro maior que esse valor e a outra metade tem um diâmetro menor.

Tanto o diâmetro médio numérico quanto o diâmetro médio volumétrico são diâmetros comuns. O diâmetro médio numérico é calculado somando-se os diâmetros de todas as gotas em um padrão de pulverização e dividindo-se o resultado pelo número de gotas. O diâmetro médio volumétrico é calculado somando-se os volumes de todas as gotas em um padrão de pulverização (o volume é proporcional ao cubo do diâmetro), extraindo-se a raiz cúbica dessa soma e dividindo-se o resultado pelo número de gotas.