La pulizia a ultrasuoni si basa sul principio della cavitazione che consiste nella formazione di bolle d’aria che se messe a contatto con una sostanza liquida in un campo ultrasonoro, vanno a generare delle onde di pressione e depressione ad elevata velocità in grado di raggiungere anche i 100 bar in grado quindi di detergere in modo efficace qualsiasi materiale. Durante la fase di collasso, all’interno delle bolle si generano microambienti estremamente reattivi, “hot spot”, caratterizzati da temperature e intense onde di pressione responsabili delle diverse trasformazioni chimiche e fisiche. In si riporta sintesi uno schema delle principali trasformazioni:

• All’interno delle bolle: migrazione delle sostanze idrofobiche, micro-pirolisi.
• All’interfaccia liquido-bolla: ossidazione dei radicali.
• Intorno alle bolle: effetti fisici (meccanici), microporosità / macinazione / rottura.
• Nel liquido: degassamento, riscaldamento volumetrico, turbolenza, scambi di calore.

Le vasche di decapaggio lavorano alla frequenza di 40 kHz tramite la generazione di capsule piezoelettriche frequenza ottimale per l’effetto cavitazione.  Gli ultrasuoni generati vengono immessi in acqua e a causa della densità dell’acqua la velocità delle onde possono raggiungere i 1480 m/s. Nell’aria la velocità del suono è pari a 340 m/s questo implica che le onde ultrasoniche tenderanno a rimanere all’interno dell’acqua per riflessione.

Quando un'onda a frequenza acustica o ultracustica giunge alla superficie di un nuovo mezzo di densità diversa da quella in cui si propaga, in parte passa oltre e in parte è riflessa. Il rapporto fra la quantità riflessa e quella rifratta dipende dalle impedenze presentate all'onda nei due mezzi. Se il secondo mezzo presenta una impedenza poco diversa da quella del primo l'onda sarà poco riflessa viceversa in caso contrario. L’impedenza del mezzo è definita come il prodotto della densità del mezzo per la velocità del suono.

La maggior parte dell’energia ceduta ai trasduttori viene assorbita dall’acqua grazie alla frequenza ottimale per gli effetti di cavitazione. La differenza di densità dei mezzi riduce l’emissione in aria tramite l’effetto della riflessione. Una volta fuoriusciti dall’acqua gli ultrasuoni vengono assorbiti in aria con un tasso pari a circa 12 volte di quello in acqua. Ne consegue che la collocazione di un coperchio riduce ulteriormente l’esposizione degli addetti a valori inferiori al limite di esposizione assunti (115 db) in quanto gli ultrasuoni vengono totalmente schermati dal coperchio stesso. Risulta inoltre di fondamentale importanza far funzionare le macchine sempre con la presenza di acqua all’interno delle vasche.La formazione di hot-spot ad alta temperatura associati alle elevate pressioni di cavitazione potrebbero generare reazioni chimiche non previste. Occorre quindi evitare l’introduzione di liquidi infiammabili o combustibili o acidi forti.

In base alle considerazioni riportate occorre attivare le seguenti misure organizzative di protezione.

1. Le vasche devono funzionare sempre con il coperchio per ridurre a livelli trascurabili la presenza di ultrasuoni in aria. Il coperchio NON deve essere stagno ma deve essere in grado di attenuare gli ultrasuoni garantendo lo sfogo di eventuali sovrapressioni (semplice appoggio).
2. In nessun caso è permesso immergere le mani nella vasca durante il funzionamento.
3. La vasca deve essere attivata sempre con la presenza di acqua, la mancanza di acqua danneggia i trasduttori oltre che a generare in aria onde ultrasoniche indebite.
4. Non inserire nella vasca liquidi infiammabili o combustibili, acidi forti (acido nitrico, solforico) l’alta temperatura degli hot-spot potrebbe creare principi di incendio, reazioni chimiche indesiderate e/o esplosioni.

Bibliografia

• Gruppo Interregionale Agenti Fisici - Indicazioni operative per la prevenzione del rischio da Agenti Fisici ai sensi del Decreto Legislativo 81/08 Parte 7: ULTRASUONI