Una loro classificazione sommaria li suddivide in tre categorie fondamentali: le basse frequenze nelle quali si tocca il massimo di circa 200 kHz e le medie frequenze dove il massimo raggiunge i 2 MHz mentre, con valori superiori a questo limite, subentrano le alte frequenze che hanno significato pratico fino a valori massimi intorno a 10 MHz.
Un campo ultrasonoro che agisca all’interno di un corpo in qualsiasi stato di aggregazione esso si trovi, genera in quest’ultimo effetti fisici rilevanti in grado di variare lo status del corpo medesimo. Senza volerci addentrare in considerazioni che esulano da quanto viene trattato in questa sede, ci
si limita a ricordare che, in un corpo allo stato liquido, si manifesta, per effetto dell’attivazione dovuta alle vibrazioni ultrasonore, il fenomeno della cavitazione.
Esso ha origine da una brusca rottura della coesione molecolare dovuta alla consistente e rapida diminuzione di pressione legata a questo tipo di vibrazioni. La conseguenza immediata è la formazione di minuscole bollicine riempite dai gas disciolti nel liquido o dal vapore prodotto dal
ridimensionarsi della coesione molecolare.
Nell’acqua attivata, l’azione delle vibrazioni ultrasonore attacca gli aggregati molecolari
che caratterizzano il suo stato liquido, aggregati altrimenti resi
particolarmente consistenti dal legame ad idrogeno che si instaura – tra i dipoli ossigeno-idrogeni
generati dalla forte elettronegatività dell’ossigeno rispetto all’altro elemento – per effetto dell’azione
elettrostatica esercitata dai poli negativi (atomi di ossigeno) dei singoli dipoli molecolari sui poli
positivi (formati dai due atomi di idrogeno) adiacenti
Questo tipo di aggregazione comporta, per l’acqua non attivata, conseguenze tra loro in aperto
contrasto. Se nell’acqua non fosse presente il
legame ad idrogeno, la piccolezza e lo scarso peso della molecola (18 g/mole) la condannerebbero
ad essere, alle nostre condizioni di temperatura e pressione, quanto meno un vapore se non addirittura
un gas (l’etilene, con peso 28 g/mole, a T e P ambiente è un gas).
Il medesimo legame ad idrogenoal contrario, aggregando le molecole di acqua, ne garantisce,alle nostre condizioni ambientali, la permanenza nello stato liquido con tutti i benefici effetti che ciò
comporta. Però, nello stesso tempo, lo stato di cose or ora descritto ridimensiona notevolmente, al di
la delle apparenze, la capacità bagnante dell’acqua e ne aumenta considerevolmente sia la viscosità
sia la tensione superficiale: tutti fattori che ostacolano il buon utilizzo del preziosissimo liquido.
Il primo dei tre effetti negativi citati fa sentire la sua presenza soprattutto in agricoltura dove è in
condizione di ridimensionare sia l’azione dell’acqua adsorbita nei vegetali sia la sua capacità solvente
nei confronti dei sali presenti nel terreno.
Il secondo effetto è causa di costi energetici decisamente maggiorati nel momento in cui si vuol
procedere al moto di una massa d’acqua in una conduttura. Il tutto è dovuto alla consistente difficoltà
di scivolamento che presentano tra loro le singole particelle di acqua interferendo l’una con l’altra.
Il valore della viscosità dell’acqua infatti è piuttosto elevato risultando pari a circa 1 poise (poise
≡ g/(cm x sec)) per cui il moto di questo liquido in una tubazione è condizionato
dall’azione rallentante delle forzeviscose opposte alle forze inerziali.
Questa situazione comporta un consistente aggravio energetico, con i relativi costi, dovuto alla
necessità di sopperire alle perdite di carico durante il flusso del liquido nella tubazione.
Il terzo ed ultimo tra gli effetti citati è causa di un eccessivo consumo di tensioattivi e saponi nei lavaggi sia domestici sia, soprattutto, industriali. Per interpretare questo stato di fatto basta far mente
locale ad una lavanderia di discrete dimensioni che utilizza e scarica, quotidianamente, una massa di circa 200 m3 d’acqua di lavaggio. Si pensi al vantaggio che avrebbe un’aziendadi questo tipo se fosse in condizioni di rivedere, anche se parzialmente, il quantitativo di tensioattivi da usare nella fase operativa iniziale con i risparmi sulle spese gestionali che ne conseguirebbero anche tenendo conto del minor impegno economico che si avrebbe nella fase finale quando si deve procedere, secondo norma, a trattare i liquami destinati ad essere scaricati in un qualsiasi ricettore.
Abbiamo appena citato alcuni effetti negativi che condizionano il comportamento dell’acqua nella pratica quotidiana dopo averne individuata la causa nell’aggregazione delle sue molecole in consistenti gruppi coesi dalla forza elettrostatica conseguente al legame ad idrogeno a l’argomento è stato introdotto osservando che le vibrazioni ultrasonore hanno la proprietà di scindere gli aggregati di molecole d’acqua – così come possono depolimerizzare i grandi aggregati molecolari degli alti polimeri – favorendone così sia l’effetto bagnante sia l’effetto solvente. Con la frammentazione degli aggregati molecolari citati, effetti analoghi si possono anche riscontrare nella riduzione della viscosità dell’acqua come conseguenza di un migliore scivolamento interparticellare dovuto alle più contenute dimension.
GLI ULTRASUONI E L’ACQUA
Cavitazione, ossidazione e riscaldamento conseguenti alle vibrazioni ultrasonore sono causa di distruzione della carica batterica in un’acqua degli aggregati medesimi. Per la stessa ragione si possono ipotizzare benefici dalla riduzione della tensione superficiale dell’acqua a causa del minor uso di tensioattivi e saponi nei lavaggi domestici ed
industriali. Gli ultrasuoni agiscono anche nel campo chimico e batteriologico intervenendo nella catalisi di reazioni chimiche e nell’abbattimento della carica batterica presente in un liquame. Cavitazione, ossidazione e riscaldamento conseguenti alle vibrazioni ultrasonore sono causa didistruzione della carica batterica in un’acqua. Il fenomeno della cavitazione prodotto da ultrasuoni sufficientemente intensi, genera cavità da cui si origina l’implosione delle stesse, costituendo un inusuale substrato per le reazioni chimiche e biologiche. Nello specifico, l’efficacia antibatterica, riconducibile alla cavitazione ultrasonora, si esplica attraverso la rottura della membrana delle cellule batteriche. L’effetto immediato, riscontrabile e misurabile, consiste in una drastica decontaminazione batterica dell’acqua. Inoltre le oscillazioni meccaniche ad alta frequenza degli ultrasuoni determinano la cristallizzazione del calcare (carbonato di calcio) sottoforma di aragonite anziché di calcite, quest’ultima a maggiore stabilità termodinamica. Ciò interrompe da un lato il fenomeno dell’incrostazione, dall’altro, per effetto meccanico di sfregamento dell’acqua, si produce un assottigliamento della parte incrostata per asportazione delle particelle di calcare. In aggiunta a ciò ed a causa degli sbalzi termici sempre presenti, le incrostazioni preesistenti tendono naturalmente a fessurarsi: in condizioni normali tali fessurazioni sono riparate dall’ulteriore deposito di altro calcare in forma di calcite. Tale azione è però incompatibile da parte della forma cristallina dell’aragonite che anzi promuove la fessurazione e/o sgretolamento dell’incrostazione con conseguente evacuazione della medesima come cristalli in sospensione nel flusso liquido. Inoltre da osservazioni macroscopiche condotte portando ad ebollizione acqua potabile attivata, il fenomeno della precipitazione del carbonato di calcio privilegia la formazione di una moltitudine di germi cristallini finissimi che rimangono in sospensione nella corrente fluida: l’enorme superficie complessiva di questi germi fa si che ogni ulteriore quota di carbonato di calcio che precipita, si depositi per accrescere questi piuttosto che sulle superfici
del recipiente. Gli ultrasuoni possono essere generati tramite vari dispositivi dei quali i più significativi sono quelli elettromagnetici, a magnetostrizione e, soprattutto, i piezoelettrici. Il T-Sonik OM è uno strumento particolarmente significativo per originalità tecnica e per semplicità di realizzazione e d’uso. In realtà il T-Sonik OM, pur producendo ultrasuoni, non è stato concepito a questo scopo: esso trova il suo campo d’applicazione specifico nel settore del trattamento delle acque
industriali, agricole e domestiche per attivarle secondo i concetti già espressi nella prima parte di questo contributo. In sostanza la produzione di ultrasuoni non rappresenta il fine ma unicamente il mezzo per attivare l’acqua aumentandone la bagnabilità e diminuendone la viscosità e la tensione superficiale rendendola così più adatta ai vari usi cui è destinata. Inoltre, come si è già sottolineato, l’azione degli ultrasuoni ha effetti sterilizzanti oltre a favorire la cristallizzazione del CaCO3 precipitandolo sotto forma di aragonite, non incrostante, invece della deleteria calcite fortemente
incrostante. Il T-Sonik OM che da ora in poi sarà chiamato più semplicemente armonizzatore,
è stato realizzato in acciaio inox, ha forma tubolare, ed è stato immesso sul mercato in una
serie di diametri standard così da renderne normale l’inserimento in qualsiasi circuito idraulico dotato
di tubazioni dai diametri parimenti standard. In qualsiasi impianto idraulico, domestico o industriale,
questo strumento viene sistemato in modo preferenziale subito a valle del contatore preceduto solo da un filtro defangatore.
