Aplicações de ultra-som de alta potência usam frequentemente frequências entre 20 kHz e algumas centenas de kHz. As intensidades podem ser muito altas; acima de 10 watts por centímetro quadrado, a cavitação pode ser induzida em meios líquidos, e algumas aplicações usam até 1000 watts por centímetro quadrado. Tais intensidades elevadas podem induzir alterações químicas ou produzir efeitos significativos por ação mecânica direta, e podem inativar microorganismos prejudiciais.
Terapia física
Ultrasom tem sido usado desde a década de 1940 por fisioterapeutas e terapeutas ocupacionais para tratar tecido conjuntivo: ligamentos, tendões e fáscias (e também tecido cicatricial). As condições para as quais o ultra-som pode ser usado no tratamento incluem os seguintes exemplos: entorses ligamentares, tensões musculares, tendinites, inflamação articular, fascite plantar, metataralgia, irritação da face, síndrome do impacto, bursite, artrite reumatóide, osteoartrite e adesão do tecido cicatricial.
Aplicações bio-médicas
Ultrasom também tem aplicações terapêuticas, que podem ser altamente benéficas quando usado com precauções de dosagem. O ultra-som de potência relativamente alta pode quebrar depósitos ou tecidos pedregosos, acelerar o efeito de fármacos numa área alvo, ajudar na medição das propriedades elásticas do tecido, e pode ser usado para classificar células ou pequenas partículas para pesquisa.
Ultrasonic impact treatment
Ultrasonic impact treatment (UIT) usa o ultra-som para melhorar as propriedades mecânicas e físicas dos metais. É uma técnica de processamento metalúrgico na qual a energia ultra-sônica é aplicada a um objeto metálico. O tratamento por ultra-som pode resultar em tensão compressiva residual controlada, refinamento de grãos e redução do tamanho dos grãos. A fadiga de baixo e alto ciclo é melhorada e tem sido documentado para fornecer aumentos até dez vezes maiores do que os espécimes não UIT. Além disso, o UIT provou ser eficaz no tratamento de rachaduras por corrosão sob tensão, fadiga por corrosão e questões relacionadas.
Quando a ferramenta UIT, composta pelo transdutor ultra-sônico, pinos e outros componentes, entra em contato com a peça de trabalho que se acopla acusticamente com a peça de trabalho, criando ressonância harmônica. Esta ressonância harmónica é realizada a uma frequência cuidadosamente calibrada, à qual os metais respondem muito favoravelmente.
Dependente dos efeitos desejados do tratamento, é aplicada uma combinação de diferentes frequências e amplitude de deslocamento. Estas frequências variam entre 25 e 55 kHz, com a amplitude de deslocamento do corpo ressonante entre 22 e 50 µm (0,00087 e 0,0020 in).
Dispositivos UIT dependem de transdutores magnetostrictivos.
Processamento
Ultrasonication oferece grande potencial no processamento de líquidos e polpas abrasivas, melhorando a mistura e as reações químicas em várias aplicações e indústrias. A ultra-sonicação gera ondas alternadas de baixa e alta pressão em líquidos, levando à formação e ao colapso violento de pequenas bolhas de vácuo. Este fenômeno é denominado cavitação e causa o impacto de jatos líquidos de alta velocidade e fortes forças de cisalhamento hidrodinâmicas. Estes efeitos são utilizados para a desaglomeração e moagem de materiais micrometricos e nanométricos, bem como para a desintegração de células ou para a mistura de reagentes. Neste aspecto, a ultra-sonicação é uma alternativa aos misturadores de alta velocidade e aos moinhos de grânulos agitadores. As lâminas ultra-sônicas sob o fio móvel de uma máquina de papel utilizarão as ondas de choque das bolhas implodidas para distribuir as fibras de celulose de forma mais uniforme na teia de papel produzida, o que fará um papel mais forte e com superfícies mais uniformes. Além disso, as reacções químicas beneficiam dos radicais livres criados pela cavitação, bem como da entrada de energia e da transferência de material através de camadas de contorno. Para muitos processos, este efeito sono-químico (ver sono-química) leva a uma redução substancial no tempo de reação, como na transesterificação do óleo em biodiesel.
Substancial intensidade ultra-sônica e alta amplitudes de vibração ultra-sônica são necessárias para muitas aplicações de processamento, tais como nano-cristalização, nano-emulsificação, deaglomeração, extração, ruptura celular, assim como muitas outras. Geralmente, um processo é primeiramente testado em uma escala de laboratório para provar a viabilidade e estabelecer alguns dos parâmetros de exposição ultra-sônica necessários. Após esta fase estar completa, o processo é transferido para uma escala piloto (bancada) para otimização do fluxo através da pré-produção e depois para uma escala industrial para produção contínua. Durante estas etapas de escalonamento, é essencial assegurar que todas as condições de exposição local (amplitude ultra-sônica, intensidade da cavitação, tempo gasto na zona de cavitação ativa, etc.) permaneçam as mesmas. Se esta condição for atendida, a qualidade do produto final permanece no nível otimizado, enquanto a produtividade é aumentada por um previsível “fator de escalonamento”. O aumento da produtividade resulta do fato de que os sistemas de laboratório, bancada e processador ultra-sônico em escala industrial incorporam chifres ultra-sônicos progressivamente maiores, capazes de gerar zonas de cavitação de alta intensidade progressivamente maiores e, portanto, de processar mais material por unidade de tempo. Isto é chamado de “escalabilidade direta”. É importante ressaltar que o aumento da potência do processador ultra-sônico sozinho não resulta em escalabilidade direta, já que pode ser (e freqüentemente é) acompanhado por uma redução na amplitude ultra-sônica e na intensidade da cavitação. Durante a escalada direta, todas as condições de processamento devem ser mantidas, enquanto a potência do equipamento é aumentada para permitir a operação de um corno ultra-sônico maior.
Ultrasonic manipulation and characterization of particles
Um pesquisador do Instituto de Pesquisa de Materiais Industriais, Alessandro Malutta, desenvolveu um experimento que demonstrou a ação de aprisionamento das ondas ultra-sônicas em pé sobre as fibras de celulose diluídas em água e sua orientação paralela nos planos de pressão equidistantes. O tempo para orientar as fibras em planos eqüidistantes é medido com um laser e um sensor eletro-óptico. Isto poderia fornecer à indústria do papel um sistema rápido de medição do tamanho das fibras em linha. Uma implementação um pouco diferente foi demonstrada na Universidade Estadual da Pensilvânia usando um microchip que gerou um par de ondas acústicas perpendiculares de superfície em pé, permitindo posicionar partículas equidistantes umas às outras em uma grade. Esta experiência, chamada pinça acústica, pode ser usada para aplicações em ciências dos materiais, biologia, física, química e nanotecnologia.
Limpeza ultra-sônica
Os limpadores ultra-sônicos, às vezes erroneamente chamados de limpadores supersônicos, são usados em freqüências de 20 a 40 kHz para jóias, lentes e outras peças ópticas, relógios, instrumentos odontológicos, instrumentos cirúrgicos, reguladores de mergulho e peças industriais. Um limpador ultra-sônico funciona principalmente pela energia liberada pelo colapso de milhões de cavitações microscópicas perto da superfície suja. As bolhas feitas pelo colapso da cavitação formando pequenos jactos dirigidos à superfície.
Desintegração ultra-sónica
Similiar à limpeza ultra-sónica, as células biológicas, incluindo as bactérias, podem ser desintegradas. O ultra-som de alta potência produz cavitação que facilita a desintegração de partículas ou reações. Isto tem usos na ciência biológica para fins analíticos ou químicos (sonicação e sonoporação) e na matança de bactérias nos esgotos. O ultra-som de alta potência pode desintegrar polpa de milho e aumentar a liquefação e sacarificação para maior produção de etanol em plantas de moagem de milho seco.
Umidificador ultra-sônico
O umidificador ultra-sônico, um tipo de nebulizador (um dispositivo que cria um spray muito fino), é um tipo popular de umidificador. Ele funciona através da vibração de uma placa metálica em frequências ultra-sônicas para nebulizar (às vezes incorretamente chamada de “atomizar”) a água. Como a água não é aquecida para evaporação, ela produz uma névoa fria. As ondas de pressão ultra-sônicas nebulizam não apenas a água, mas também os materiais na água, incluindo cálcio, outros minerais, vírus, fungos, bactérias e outras impurezas. As doenças causadas por impurezas que residem no reservatório de umidificador enquadram-se no título de “Febre do umidificador”.
Umidificadores ultra-sônicos são freqüentemente usados em aerofilia, onde são geralmente chamados de nebulizadores.
Soldagem ultra-sônica
Na soldagem ultra-sônica de plásticos, a vibração de baixa amplitude de alta freqüência (15 kHz a 40 kHz) é usada para criar calor por meio de fricção entre os materiais a serem unidos. A interface das duas partes é especialmente projetada para concentrar a energia para a máxima resistência de soldagem.
Sonoquímica
O ultrassom de potência na faixa de 20-100 kHz é usado em química. O ultra-som não interage diretamente com as moléculas para induzir a mudança química, pois seu comprimento de onda típico (na faixa de milímetros) é muito longo em comparação com as moléculas. Em vez disso, a energia causa cavitação que gera extremos de temperatura e pressão no líquido onde a reação acontece. O ultra-som também quebra os sólidos e remove camadas passivantes de material inerte para dar uma maior área de superfície para que a reação ocorra. Ambos estes efeitos tornam a reacção mais rápida. Em 2008, Atul Kumar relatou síntese de ésteres de Hantzsch e derivados de poli-hidroquinolina via protocolo de reação multicomponente em micelas aquosas usando ultra-som.
Ultrasom é usado na extração, usando diferentes freqüências.
Armas
Ultrasom tem sido estudado como base para armas sônicas, para aplicações como controle de motins, desorientação de atacantes, até níveis letais de som.
Comunicação sem fio
Em julho de 2015, The Economist relatou que pesquisadores da Universidade da Califórnia, Berkeley, conduziram estudos de ultra-som usando diafragmas de grafeno. A finura e o baixo peso do grafeno combinados com sua resistência fazem dele um material eficaz para uso em comunicações por ultra-som. Uma aplicação sugerida da tecnologia seria a comunicação subaquática, onde as ondas de rádio normalmente não viajam bem.
Ultrasonic signals have been used in “audio beacons” for cross-device tracking of internet users.