หลักการของอัลตร้าโซนิก เครื่องทำความสะอาดด้วยอัลตร้าโซนิก Ultrasonic Cleaning Machine Mahanakorn University of Technology บทนำ โครงงานนี้เป็นการออกแบบสร้างเครื่องทำความสะอาดด้วยอัลตร้าโซนิกและศึกษากระบวนการทำความสะอาดด้วยอัลตร้าโซนิกซึ่งเป็นที่นิยมกันอย่างแพร่หลายเนื่องจากเป็นวิธีการทำความสะอาดที่มีประสิทธิภาพ รวดเร็ว และไม่ทำลายสิ่งแวดล้อม สามารถทำความสะอาดในงานส่วนที่ยากและเป็นไปไม่ได้ด้วยการทำความสะอาดวิธีอื่น เช่น บริเวณรอยแยกหรือตามซอกเล็กๆ ของวัสดุและอุปกรณ์ที่นำมาทำความสะอาดจะไม่เกิดความเสียหายจากรอยขูดขีดแต่อย่างใด หลักการของอัลตร้าโซนิก เมื่อความเข้มของเสียงเพิ่มขึ้น (แอมพลิจูดสูง) ขนาดของความดันที่เป็นลบในบริเวณที่เกิดคลื่นขยายตัว จะเป็นสาเหตุพอที่จะทำให้ของเหลวเกิดการแตกตัวและเกิดฟองอากาศขึ้นซึ่งปรากฏการณ์นี้เรียกว่า (Cavitations) จะแกว่ง (Oscillate) ภายใต้อิทธิพลของความดันที่เป็นบวกฟองอากาศที่เกิดขึ้นจะหดตัว และขยายตัวกลับไปกลับมา เนื่องจากอิทธิพลของความดัน (Positive) และเมื่อมันขยายตัวจนมีขนาดที่ไม่เสถียรภาพมันจะระเบิด ซึ่งจะเรียกการระเบิดนี้ว่า (Implosion) และการระเบิดนี้จะทำให้เกิด (Shock wave) ขึ้น ถ้าฟองอากาศจำนวนมากในของเหลวถูกกระตุ้นให้เกิดการระเบิดพร้อมกันด้วยคลื่นอัลตร้าโซนิกจะทำให้เกิดความดันที่สูงกว่า 10,000 PSI และอุณหภูมิที่สูงกว่า 10,000°F ณ จุดที่เกิดการระเบิด การระเบิดนี้เมื่อไปกระแทกกับคราบสกปรกก็จะทำให้คราบสกปรกหลุดออก กระบวนการเหล่านี้จะเกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว ต่อเนื่องตลอดเวลาจึงเกิดกระบวนการทำความสะอาดเกิดขึ้นดังรูปที่ 1 ส่วนประกอบของหัวอัลตร้าโซนิก หัวอัลตร้าโซนิกที่ใช้เป็นแบบ Piezo-electric transducer ซึ่งมีแร่ที่ทำให้เกิดการสันเรียกว่า Quartz Disc หลักการทำงานของหัวอัลตร้าโซนิก คือ เมื่อไม่มีไฟฟ้าเข้าหัวอัลตร้าโซนิกจะไม่มีการสั่นใดๆ เกิดขึ้น แต่เมื่อมีไฟฟ้าเข้าและมีการควบคุมความถี่ให้ตรงกับความถี่รีโซแนนน์ของหัวอัลตร้าโซนิกแต่ละชนิด หัวอัลตร้าโซนิกก็จะเกิดการสั่นอย่างรุนแรงและการสั่นจะมากกว่า 20,000 ครั้ง/นาที แสดงดังรูปที่ 2 หัวอัลตร้าโซนิกที่ใช้ สิ่งสกปรก การสั่นมากกว่า 20,000 ครั้ง/วินาที Quartz Disc ขนาดความถี่รีโซแนนซ์เท่ากับ 28 kHz 70W แรงดันที่ใช้ 150AC Volt 0.25Amp จำนวนที่ใช้ 1 หัวติดตั้งใต้ถังที่ใส่ของเหลว Cavitation Implosion ไม่มีไฟฟ้าเข้า มีไฟฟ้าเข้า รูปที่ 1 กระบวนการทำความสะอาด รูปที่ 2 หลักการทำงานของหัวอัลตร้าโซนิก ออกแบบตัวถังทำความสะอาด การทดสอบการทำความสะอาด ตัวเครื่องที่ประกอบแล้ว P = 0.57W/1Sq.cm กว้าง = 11 cm ยาว = 11 cm สูง = 12 cm หนา 1 mm P = 0.31W/1Sq.cm กว้าง = 15 cm ยาว = 15 cm สูง = 12 cm หนา 2 mm WD-40 MIRACHEM 500 วงจรเครื่องทำความสะอาดอัลตร้าโซนิก การทดสอบน้ำยา WD-40 ถังขนาด 11×11×12 cm หนา 1mm (เล็กบาง) ระดับน้ำยา ก่อนล้าง หลังล้าง 1 นาที หลังล้าง 2 นาที หลังล้าง 3 นาที 1 cm 3 cm 5 cm ทดสอบทำความสะอาดด้วยถังและน้ำยาที่ดีที่สุด วัดผลโดยการชั่งน้ำหนัก ทำความสะอาดด้วยถังขนาด 11×11×12 cm หนา 1mm (เล็กบาง) (0.57W/ Sq.cm.) ล้างด้วยสอบน้ำยา MIRACHEM 500 ระดับน้ำยา ก่อนล้าง น้ำหนักก่อนล้าง หลังล้าง 1 นาที น้ำหนักหลังล้าง 1 นาที หลังล้าง 2 นาที 2 นาที 1 cm 10.9470กรัม 10.6075กรัม 10.5439กรัม 3 cm 10.9628กรัม 10.6094กรัม 10.5569กรัม 5 cm 10.9303กรัม 10.6206กรัม 10.5583กรัม สัญญาณพัลส์ขับเกต สัญญาณขับหัวอัลตร้าโซนิก การทดสอบน้ำยา MIRACHEM 500 ถังขนาด 11×11×12 cm หนา 1mm (เล็กบาง) ระดับน้ำยา ก่อนล้าง หลังล้าง 1 นาที หลังล้าง 2 นาที หลังล้าง 3 นาที 1 cm 3 cm 5 cm CH 1 CH 1 V P CH 2 CH 2 I บทสรุป เครื่องทำความสะอาดด้วยอัลตร้าโซนิกจะทำความสะอาดได้จะต้องใช้ความถี่ที่อยู่ในสภวะรีโซแนนซ์ของหัวอัลตร้าโซนิกคือ 28 kHz (ขึ้นอยู่กับชนิดของหัวอัลตร้าโซนิก) ส่วนการเลือกใช้ขนาดถังทำความสะอาดนั้นให้เลือกใช้ขนาดถังที่มีพื้นที่การทำความสะอาดตั้งแต่ 0.3 W/Sq.cm.ขึ้นไปจะทำความสะอาดได้ดี ความหนาของตัวถังทำความสะอาดควรใช้ขนาดความหนา 1 mm เพราะสามารถถ่ายเทพลังงานได้ดีกว่าถังที่มีความหนา 2 mm ระดับน้ำยาจะมีผลต่อการทำความสะอาด คือ เมื่อระดับน้ำยาสูงขึ้นประสิทธิภาพการทำความสะอาดจะลดลงเพราะความดันของน้ำยาสูงขึ้นและชนิดของน้ำยาควรเลือกใช้น้ำยาที่มีความหนืดน้อยและต้องแน่ใจว่าน้ำยาสามารถทำละลายหรือขจัดสิ่งสกปรกนั้นๆ ได้ เนื่องจากการทำความสะอาดที่ดีที่สุดและเร็วที่สุดนั้นขึ้นอยู่กับน้ำยาทำความสะอาดด้วย ผู้รับผิดชอบโครงการ : อ.นรงฤทธิ์ เสนาจิตร นายวรวุฒิ ดอกประทุม นายปิยะรัตน์ เกรียงไกรวิทย์ ภาควิศวกรรมไฟฟ้ากำลัง คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีมหานคร 140 ถ.เชื่อมสัมพันธ์ แขวงกระทุ่มราย เขตหนองจอก กรุงเทพฯ 10530 โทร.02-9883666ต่อ3302,โทรสาร 02-9884040 Email : narongri@mut.ac.th