DISTRIBUTION OF ACOUSTIC PRESSURE IN THE ULTRASONIC SYSTEM OF INTENSIFICATION OF EXTRACTION PROCESSES

Authors

DOI:

https://doi.org/10.24025/2306-4412.3.2022.266123

Keywords:

piezoelectric element, ultrasonic system, extraction process, acoustic pressure, modeling

Abstract

Today, food products for functional purposes, especially health-improving and preventive ones, with a high content of vitamins, microelements, macroelements, essential amino acids, and biologically active substances (BAS), are becoming more popular. Such products allow a person to maintain his or her health, as well as fully meet the physiological needs for energy and nutrients, which the body uses to build cells, organs and tissues. Therefore, it is the food industry that is currently an important component of healthcare and occupies a special place in the field of intellectual and industrial human activities. Extraction is one of the most common methods used in the process of obtaining biologically active substances from plant or animal raw materials. The efficiency of the extraction can be increased by using intensifying methods used in the extraction process, such as ultrasound. The paper considers the design and features of the mathematical description of ultrasonic systems for the intensification of the extraction process, the principle of operation of which is based on the use of piezoelectric ultrasonic radiators. A computer model has been built using the COMSOL Multiphysics software package of the ultrasonic system to intensify the extraction process, taking into account the full set of geometric, physical, mechanical and electrical parameters. As a result, the frequency at which the maximum amplitudes of oscillations of the ultrasonic system are provided for the intensification of the extraction process, which leads to the implementation of the most effective resonant mode of operation of the system, is determined. The locations of the maximum acoustic pressure on the object of extraction in the ultrasonic system to intensify the extraction process in the manufacture of concentrated drinks for functional purposes are determined. Further research by the authors can be directed to the development of a mobile ultrasonic system for intensifying the extraction process in the manufacture of concentrated drinks for functional purposes, as well as for determining the most efficient geometry of the ultrasonic system tank using the COMSOL Multiphysics application software package.

Author Biographies

C.V. Bazilo, Cherkasy State Technological University

Dr. Tech. Sc., Professor

S.O. Filimonov, Cherkasy State Technological University

Ph. D., Associate Professor

N.V. Filimonova, Cherkasy State Technological University

Ph. D.

References

Н. О. Стеценко, Технологія оздоровчих напоїв та фітоконцентратів. Київ, Україна: НУХТ, 2018.

А. І. Українець, та Г. О. Сімахіна, Технологія оздоровчих харчових продуктів. Київ, Україна: НУХТ, 2009.

Про внесення змін до Закону України "Про якість та безпеку харчових продуктів та продовольчої сировини", Відомості Верховної Ради України, № 50, 2005. [Електронний ресурс]. Режим доступу: https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/2809-15#Text. Дата звернення: Жовт. 22, 2022.

К. В. Базіло, В. М. Заїка, та Ю. Ю. Бондаренко, "Особливості застосування ультразвуку для інтенсифікації біохімічних процесів у фармацевтиці", в Тези VI Міжнар. наук.-техн. конф. Датчики, прилади та системи – 2017. Черкаси – Миколаїв – Херсон – Лазурне, 2017, с. 56-57.

План реалізації Стратегії розвитку Черкаської області на період 2021 – 2023 роки. Черкаси, 2020. [Електронний ресурс]. Режим доступу: https://cutt.ly/PlwO8M9. Дата звернення: Жовт. 22, 2022.

Кабінет Міністрів України (2020, серп. 05). Постанова № 695, Про затвердження Державної стратегії регіонального розвитку на 2021 – 2027 роки. [Електронний ресурс]. Режим доступу: https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/695-2020-п#Text. Дата звернення: Жовт. 22, 2022.

Кабінет Міністрів України (2015, Листоп. 11). Постанова № 932, Про затвердження Порядку розроблення регіональних стратегій розвитку і планів заходів з їх реалізації, а також проведення моніторингу та оцінки результативності реалізації зазначених регіональних стратегій і планів заходів. [Електронний ресурс]. Режим доступу: https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/932-2015-п#Text. Дата звернення: Жовт. 22, 2022.

K. G. Zinoviadou, C. M. Galanakis, M. Brnčić, et al., "Fruit juice sonication: Implications on food safety and physicochemical and nutritional properties", Food Research International, vol. 77, part 4, pp. 743-752, 2015. doi: 10.1016/j.foodres.2015.05.032.

M. Abid, S. Jabbar, T. Wu, M. M. Hashim, et al., "Effect of ultrasound on different quality parameters of apple juice", Ultrasonics Sonochemistry, vol. 20, iss. 5, pp. 1182-1187, 2013. doi: 10.1016/j.ultsonch.2013.02.010.

Y. Poodi, M. Bimakr, A. Ganjloo, and S. Zarringhalami, "Intensification of bioactive compounds extraction from Feijoa (Feijoa sellowiana Berg.) leaves using ultrasonic waves", Food and Bioproducts Processing, vol. 108, pp. 37-50, 2018. doi: 10.1016/j.fbp.2017.12.004.

Z. Shen, J. Xu, Z. Li, Y. Chen, Y. Cui, and X. Jian. "An improved equivalent circuit simulation of high frequency ultrasound transducer", Front. Mater., 8, 663109, 2021. doi: 10.3389/fmats.2021.663109.

W. Tangsopha, J. Thongsri, and W. Busayaporn, "Simulation of ultrasonic cleaning and ways to improve the efficiency", in 2017 International Electrical Engineering Congress (iEECON), 2017, pp. 1-4. doi: 10.1109/IEECON.2017.8075747.

M. S. Mat-Shayuti, T. M. Y. S. Tuan Ya, M. Z. Abdullah, et al., "Simulations of different power intensity inputs towards pressure, velocity & cavitation in ultrasonic bath reactor", South African Journal of Chemical Engineering, vol. 34, pp. 57-62, 2020. doi: 10.1016/j.sajce.2020.06.002.

L. Wang, L. Zhao, Z. Jiang, et al., "High accuracy Comsol simulation method of bimorph cantilever for piezoelectric vibration energy harvesting", AIP Advances, 9, 095067, pp. 1-9, 2019. doi: 10.1063/1.5119328.

V. Ya. Halchenko, Yu. Yu. Bondarenko, S. A. Filimonov, and N. V. Filimonova, "Determination of influence of geometric parameters of piezoceramic plate on amplitude characteristics of linear piezomotor", no. 1, pp. 17-22, 2019. doi: 10.20998/2074-272X.2019.1.03.

V. Ya. Halchenko, S. A. Filimonov, A. V. Batrachenko, and N. V. Filimonova, "Increase the efficiency of the linear piezoelectric motor", J. Nano-Electron. Phys., 10, no. 4, 04025, 2018. doi: 10.21272/jnep.10(4).04025.

B. Behera, and H. B. Nemade, "Investigating translational motion of a dual frictiondrive surface acoustic wave motor through modeling and finite element simulation", Simulation, 95 (2), pp. 117-125, 2019. doi: 10.1177/0037549718778770.

Published

2022-10-21

How to Cite

Bazilo, C., Filimonov, S., & Filimonova, N. (2022). DISTRIBUTION OF ACOUSTIC PRESSURE IN THE ULTRASONIC SYSTEM OF INTENSIFICATION OF EXTRACTION PROCESSES. Bulletin of Cherkasy State Technological University, (3), 5–13. https://doi.org/10.24025/2306-4412.3.2022.266123

URN