MXPA04012597A - Bocina ultrasonica resistente a corrosion. - Google Patents

Abstract

Bocinas ultrasonicas (11) de titanio (14, 17) se hacen resistente a corrosion en un medio acuoso al proporcionar las bocinas con una superficie de extremo (19, 20) de plata (18, 23) ya sea como una porcion de la superficie de extremo o como toda la superficie de extremo.

Description

BOCINA ULTRASÓNICA RESISTENTE A CORROSIÓN ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN 1. Campo de la Invención

[0001] Esta invención se recibe en el campo de equipo de proceso empleado en el tratamiento con ultrasonido de materiales en medio líquido. 2. Descripción de la Técnica Relacionada

[0002] El uso de ultrasonido para acelerar las velocidades de reacciones químicas, es bien conocido. Ejemplos de publicaciones que definen usos químicos de ultrasonidos son Suslick, K.S., Science, vol . 247, p. 1439 (1990), and Masón, T.J., Practical Sonochemistry, A User's Guide to Applications ín Chemistry and Chemical Engineering, (Sonoquímica práctica, una Guía de Usuario para Aplicaciones en Química e Ingeniería Química), Ellis Norwood Publishers, West Sussex, Inglaterra (1991) . De los diversos sistemas de sonicación que se han desarrollado, aquellos conocidos como sistemas de tipo "sonda", incluyen un transductor ultrasónico que genera energía ultrasónica y transmite esta energía a una bocina ultrasónica para amplificación.

[0003] En el uso, las bocinas ultrasónicas son susceptibles a desgaste y erosión, particularmente cuando su uso requiere contacto con un medio de reacción líquido acuoso. Una vez que se desarrolla la erosión, la bocina tiende a perder su efectividad y la eficiencia para amplificación de la energía ultrasónica se reduce. Para minimizar esta pérdida, las bocinas ultrasónicas se elaboran típicamente de acero, aleaciones de titanio o aleaciones de aluminio. Cada una tiene sus limitaciones, sin embargo. La alta densidad del acero requiere relativamente alta energía para excitar la bocina y por lo tanto una fuente de alta alimentación para la energía eléctrica. El aluminio y las aleaciones de aluminio son menos densos, pero más susceptibles a fracturas por tensión por las vibraciones ultrasónicas. Las aleaciones de titanio son materiales preferidos de construcción, pero aún son susceptibles a corrosión y pérdida de eficiencia. COMPENDIO DE LA INVENCIÓN

[0004] Ahora se ha descubierto que la velocidad de corrosión y la velocidad de pérdida de eficiencia de energía de una bocina ultrasónica de metal basada en titanio, cuando se utiliza en un ambiente acuoso, pueden reducirse significativamente al utilizar un metal basado en plata en el extremo expuesto de la bocina. Esto puede lograrse ya sea al depositar un metal basado en plata en la superficie de extremo, al sujetar una tapa del metal basado en plata en extremo o la superficie de extremo de la bocina o al construir una porción de varilla de la bocina con una cubierta de titanio y un núcleo de metal basado en plata, con el núcleo expuesto en la superficie de extremo. El metal basado en plata ocupará ya sea una porción a superficie de extremo, de preferencia una porción central o toda la superficie de extremo. Una bocina con el metal basado en plata en su extremo expuesto puede emplearse por periodos prolongados de tiempo sustancialmente sin declive en su habilidad para amplificar la energía ultrasónica producida por el transductor. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

[0005] La Figura 1 es una sección transversal de un primer ejemplo de una bocina ultrasónica de acuerdo con la presente invención;

[0006] La Figura 2 es una sección transversal de un segundo ejemplo de una bocina ultrasónica de acuerdo con la presente invención; DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Y MODALIDADES PREFERIDAS

[0007] Las bocinas ultrasónicas de acuerdo con esta invención, en general incluyen un cuerpo principal hueco que termina en una varilla sólida. El cuerpo principal hueco se forma de metal basado en titanio y al menos una porción de la varilla se forma de metal basado en titanio por igual.

[0008] El metal basado en titanio puede ser ya sea titanio puro o cualquier aleación en la que el titanio es un componente principal. El metal basado en titanio de preferencia contiene al menos aproximadamente 85% de titanio en peso, más preferible al menos aproximadamente 99% en peso de titanio. Cuando se emplean aleaciones, los elementos de aleación en la mayoría de los casos incluirán uno o más de aluminio, titanio y circonio, y opcionalmente en cantidades menores oxígeno, nitrógeno y carbono.

[0009] El metal basado en plata empleado en el extremo expuesto de la varilla, o en algunas modalidades de la invención como el núcleo de la varilla, ya puede ser plata pura o cualquier aleación en donde la plata es el componente principal. El metal basado en plata de preferencia contiene cuando menos aproximadamente 85% de plata en peso, más preferible cuando menos aproximadamente 99% en peso de plata. Cuando se emplean las aleaciones, los elementos que forman la aleación en su mayoría de sus casos incluirán cobre, zinc o cadmio, o dos o más de estos en combinación.

[0010] La varilla de preferencia no tiene revestimiento externo que cubra ya sea la cubierta o el extremo expuesto del núcleo, diferente a los metales basados en titanio y los metales basados en plata.

[0011] Las dimensiones de los componentes de la bocina, es decir el cuerpo principal hueco y la varilla, no son críticas, y se elegirán para lograr la transmisión de energía ultrasónica y el desempeño y para adaptar el recipiente de reacción en donde se dirige la energía ultrasónica. En modalidades preferidas de la invención, la varilla es un cilindro de sección transversal circular y más preferiblemente tanto el cuerpo principal hueco como la varilla, son cilindros de sección transversal circular.

[0012] En ciertas modalidades de esta invención, la varilla constituye un núcleo del metal basado en plata y una cubierta del metal basado en titanio. En estas modalidades, el espesor de pared de la cubierta de preferencia es aproximadamente 0.5 cm a aproximadamente 1.0 cm, con un diámetro exterior desde aproximadamente 1.5 cm a aproximadamente 2.5 cm. La varilla actualmente preferida en esta configuración es una que tiene una longitud de 5.7 cm (2.25 pulgadas), un diámetro exterior de 1.3 cm (0.5 pulgada) , con una cubierta que tiene un espesor de pared de 0.16 cm (0.0625 pulgadas). El cuerpo principal hueco en esta modalidad, tiene una longitud de 7.6 cm (3.0 pulgadas), un diámetro exterior de 3.8 cm (1.5 pulgadas), y un espesor de pared de 1.3 cm (0.5 pulgada) . Una alternativa es una combinación de cuerpo principal y varilla, con una longitud de 20.3 cm (8.0 pulgadas) y un diámetro exterior de varilla de 1.9 cm (0.75 pulgada).

[0013] En otras modalidades de esta invención, la varilla consiste de un metal basado en titanio sólido en donde se ha practicado un orificio a través del extremo expuesto, y enroscado, y un tornillo del metal basado en plata con roscas correspondientes se inserta en el orificio. La cabeza del tornillo tiene un ancho substancialmente igual al ancho de la varilla, de esta manera tapando todo el extremo opuesto. En estas modalidades, el diámetro de la cabeza del tornillo generalmente es del mismo tamaño que el diámetro de la varilla, que, como se mostró anteriormente de preferencia es de aproximadamente 1.5 cm a aproximadamente 2.5 cm.

[0014] Aún otras modalidades de la invención incluyen bocinas ultrasónicas en donde el metal basado en plata ocupa solo la superficie de extremo de la sección de varilla. El metal basado en plata en estas modalidades puede aplicarse por cualquier medio convencional, incluyendo soldadura, estaño soldado o de otra forma unión de un disco u hoja derivada de metal basado en plata, y el revestimiento de la superficie de extremo con el metal basado en plata por métodos tales como electro revestimiento o deposición química .

[0015] Mientras que la invención es susceptible a una variedad de implementaciones y configuraciones, un estudio detallado de modalidades específicas proporcionará al lector con una comprensión completa de los conceptos de la invención y cómo se aplican. Estas modalidades se ilustran en las Figuras .

[0016] Una sección transversal de un ejemplo de una bocina ultrasónica de acuerdo con esta invención aparece en la Figura 1. La bocina 11 es un cuerpo de revolución, y el dibujo es una sección transversal longitudinal sobre el eje de la bocina. La bocina consiste de un cuerpo principal hueco 12 que termina en una varilla 13, la varilla tiene un diámetro exterior más pequeño que el cuerpo principal hueco. El cuerpo principal tiene una pared 14 de titanio solido que circunda una cavidad 15, que es coaxial con el cuerpo principal. Una brida 16 que circunda el exterior del cuerpo principal, puede servir como un auxiliar de montaje. La varilla 13 es una cubierta de titanio 17 rellena con un núcleo de plata 18. El extremo expuesto 19 de la varilla expone el núcleo 18. Sin el núcleo de plata 18, la corrosión típicamente ocurre en el extremo de la varilla, y el núcleo de plata reduce esta corrosión.

[0017] Una sección transversal de un segundo ejemplo aparece en la Figura 2. Esta bocina 21 es un cuerpo de revolución similar a aquel de la bocina mostrada en la Figura 1, con las mismas dimensiones. La varilla 22 en este ejemplo es una varilla de titanio sólido en cuyo extremo un orificio se ha taladrado y roscado internamente, y un tornillo de plata 23 se ha insertado en el orificio roscado internamente. La cabeza 24 del tornillo cubre todo el extremo de la varilla.

[0018] Las bocinas ultrasónicas de acuerdo con esta invención pueden emplearse para producir ondas de tipo sonido y la frecuencia sotare el rango del oído humano normal, es decir sobre 20 kHz (20,000 ciclos por segundo). La energía ultrasónica con frecuencias tan altas como 10 gigahertz (10,000, 000,000 ciclos por segundo) se ha generado. Pero las bocinas ultrasónicas de la presente invención de preferencia se operan a frecuencias en el rango de aproximadamente 20 kHz a aproximadamente 200 kHz, y de preferencia dentro del rango de aproximadamente 20 kHz a aproximadamente 50 kHz. Ondas ultrasónicas pueden generarse a partir de fuentes mecánicas eléctricas, electromagnéticas o energía térmica. La intensidad de la energía sónica también puede variar ampliamente. Para propósitos de esta invención, en general se lograrán mejores resultados con una intensidad en el rango de aproximadamente 30 watts/cm2 a aproximadamente 300 watts/cm2, o de preferencia de aproximadamente 50 watts/cm2 a aproximadamente 100 watts/cm2. La fuente', electromagnética típica es un transductor magnetoestrictivo que convierte la energía magnética en energía ultrasónica al aplicar un campo magnético alternante fuerte a ciertos metales, aleaciones y ferrita. La fuente eléctrica típica es un transductor piezoeléctrico, que utiliza cristales sencillos naturales o sintéticos (tales como cuarzo) o cerámicos (tales como titanato de bario o circonato de plomo) y aplica un voltaje eléctrico alternante a través de caras opuestas del cristal o cerámico, para provocar una expansión y contracción alterna del cristal o cerámico en la frecuencia impuesta .

[0019] Las bocinas ultrasónicas de acuerdo con esta invención tienen amplias aplicaciones en áreas tales como limpieza para las industrias electrónicas, automotriz, de aeronaves y de instrumentos de precisión, dirección de flujo para sistemas cerrados tales como refrigerantes en plantas de energía nuclear o flujo de sangre en sistema vascular, prueba de materiales, maquinado, soldadura y soldadura fuerte, electrónicos, agricultura, oceanografía y formación de imagen médica al igual que reacciones químicas y procesamiento químico, particularmente en medio acuoso y más particularmente en medio líquido acuoso, incluyendo soluciones, emulsiones y suspensiones acuosas. Diversos métodos para producir y aplicar energía ultrasónica y proveedores comerciales de equipo de ultrasonido son bien conocidos entre aquellos con destreza en la tecnología de ultrasonido .

[0020] Descripciones de medios de reacción acuosos en donde las bocinas ultrasónicas de la presente invención pueden emplearse efectivamente, se encuentran en la patente de los E.U.A. No. 6,402,939, otorgada en junio 11, 2002 (Yen y colaboradores) , la Publicación de Solicitud de Patente Internacional No. O 02/074884 Al, publicada bajo el Tratado de Cooperación de Patentes con la fecha de publicación internacional de septiembre 26, del 2002, y las solicitudes de patentes de los E.U.A. Nos. 09/812,390, presentada en marzo 19 del 2001 (Gunnerman) y 10/279,218, presentada en octubre 23 del 2002 (Gunnerman) . Los contenidos de cada uno de estos documentos se incorporan aquí por referencia totalmente para todos los propósitos legales para ser de esta manera atendidos.

[0021] Lo anterior se ofrece primordialmente para propósitos de ilustración. Adicionales variaciones en los materiales, aditivos, condiciones de operación y equipo que aún están dentro del alcance de la invención serán fácilmente aparentes para aquellos con destreza en -la especialidad.

Claims (1)

11 REIVINDICACIONES 1. Una bocina ultrasónica que comprende un cuerpo hueco unido a una varilla sólida, la varilla sólida tiene un eje longitudinal y termina en una superficie de extremo transversal al eje, el cuerpo hueco de la varilla sólida tiene superficies externas de un metal basado en titanio excepto por al menos una porción central de la superficie de extremo que es de un metal basado en plata. 2. La bocina ultrasónica de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la varilla sólida comprende una cubierta del metal basado en titanio y un núcleo del metal basado en plata. 3. La bocina ultrasónica de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la superficie de extremo es circular y comprende un disco central del metal basado en plata circundado por un anillo del metal basado en titanio, el disco central ocupa al menos 60% de la superficie de extremo . . La bocina ultrasónica de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la superficie de extremo es circular y comprende un disco central del metal basado en plata, circundado por un anillo del metal basado en titanio, el disco central ocupa al menos 70% de la superficie de extremo. 12 5. La bocina ultrasónica de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la superficie de extremo es totalmente del metal basado en plata. 6. La bocina ultrasónica de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la varilla sólida es un cilindro de sección transversal circular. 7. La bocina ultrasónica de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el cuerpo hueco es un primer cilindro de sección transversal circular y la varilla sólida es un segundo cilindro de sección transversal circular . 8. La bocina ultrasónica de conformidad con la reivindicación 7, caracterizada porque la varilla sólida comprende una cubierta del metal basado en titanio y un núcleo del metal basado en plata, la cubierta tiene un espesor de pared de aproximadamente 0.5 cm a aproximadamente 1.0 cm y un diámetro exterior desde aproximadamente 1.5 cm a aproximadamente 2.5 cm. 9. La bocina ultrasónica de conformidad con la reivindicación 7, caracterizada porque la superficie de extremo es totalmente del metal basado en plata y la varilla sólida tiene un diámetro desde aproximadamente 1.5 cm a aproximadamente 2.5 cm. 10. La bocina ultrasónica de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la varilla sólida no tiene revestimiento externo y no consiste en materiales diferentes al metal basado en titanio y el metal basado en plata . 11. La bocina ultrasónica de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el metal basado en titanio es cuando menos aproximadamente 85% titanio en peso. 12. La bocina ultrasónica de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el metal basado en titanio es al menos aproximadamente 85% titanio en peso y el metal basado en plata es al menos aproximadamente 85% plata en peso. 13. La bocina ultrasónica de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el metal basado en titanio es al menos aproximadamente 99% titanio en peso y el metal basado en plata es al menos aproximadamente 99% plata en peso.