Principio de los ultrasonidos

Tecnología
Los sistemas de transductores piezocerámicos se utilizan para generar las vibraciones ultrasónicas. Éstas están unidas al tanque oscilante y contienen un disco piezocerámico que se expande o contrae cuando se aplica un voltaje. Para generar los ultrasonidos, se utiliza un generador de alta frecuencia que convierte la frecuencia de la red eléctrica de 50 Hz a un mínimo de 20 kHz. La frecuencia de resonancia de un sistema de vibración por ultrasonidos está definida por el montaje y no puede modificarse después de la fabricación.

Frecuencias
Se suelen utilizar frecuencias de 20 kHz a 400 kHz. Las frecuencias bajas, en torno a los 20 kHz, producen burbujas de mayor diámetro con una penetración más potente, mientras que las frecuencias más altas, a partir de los 35 kHz, son más adecuadas para la limpieza intensiva y suave de las superficies. La frecuencia común actual para partículas con un diámetro superior a 1 µm es de unos 200 kHz. La gama de frecuencias por encima de 400 kHz hasta 1,2 MHz también se denomina megasónica en la literatura técnica. Aquí, las partículas con un diámetro inferior a 1 µm se desprenden de forma óptima. La frecuencia requerida está determinada por la abertura o estructura más pequeña que puede ser limpiada por el sonido.

Aplicación
El uso de disolventes, ácidos o álcalis favorece considerablemente el efecto de limpieza de los baños ultrasónicos. En particular, la tensión superficial del agua debe reducirse con un preparado de limpieza adecuado para que la limpieza por ultrasonidos sea eficaz. No se utilizan líquidos inflamables como agentes de limpieza, ya que los ultrasonidos siempre provocan la introducción de calor en el líquido, lo que podría provocar la ignición del líquido del baño si se supera la temperatura de ignición. Los baños de ultrasonidos también se utilizan en la preparación de muestras para escindir, es decir, fragmentar, las sustancias biológicas en el laboratorio de análisis. Los baños de ultrasonidos se utilizan para la disrupción celular o para cizallar el ADN.

Equipos de ultrasonidos
Los equipos de limpieza por ultrasonidos suelen utilizarse para limpiar componentes pequeños, complejos y de estructura fina. Por ejemplo, joyeros, orfebres, protésicos dentales, relojeros y ópticos utilizan baños de limpieza por ultrasonidos para limpiar sus productos. En la industria médica, los baños de ultrasonidos de alto rendimiento se utilizan para el reprocesamiento de instrumentos quirúrgicos. Los residuos de sangre y tejidos pueden disolverse eficazmente de las juntas de los instrumentos. Además, los ultrasonidos reducen el tiempo de exposición necesario para los desinfectantes. En la industria del automóvil, los baños de ultrasonidos se utilizan para limpiar carburadores, bujías y boquillas de inyección. Los sistemas industriales de limpieza por ultrasonidos de mayor tamaño se utilizan para la limpieza de piezas en bruto, por ejemplo, para el acabado de superficies (galvanoplastia).

Estructura
El sistema consiste en un tanque lleno de líquido, posiblemente calentable, uno o más transductores ultrasónicos u osciladores ultrasónicos y un generador que suministra al transductor o transductores energía eléctrica de alta frecuencia. Los transductores de sonido se pueden pegar tanto directamente en el exterior de las paredes como bajo el fondo del tanque. Con este diseño, el ultrasonido se introduce directamente en el líquido a través de las paredes y/o el suelo. Otra variante es el llamado transductor sumergible, que se suspende en el líquido o se fija en bastidores en el tanque. Por último, hay transductores de placa que están embridados a una abertura correspondiente en la pared del tanque. Los dispositivos suelen ser de acero inoxidable. La disposición y distribución de los transductores de sonido debe ser tal que se cree un campo sonoro uniformemente fuerte y no estático. En algunos casos, la frecuencia se modula para evitar las ondas estacionarias. Tampoco es infrecuente una función de desgasificación del líquido limpiador. Aquí, la potencia de salida del dispositivo es pulsada para permitir que cualquier burbuja de gas suba a la superficie. El trasfondo de esto es la escasa formación de burbujas de cavitación en presencia de burbujas de gas, ya que éstas absorberían la potencia. La potencia acústica mínima necesaria para un buen resultado de limpieza es de unos 10-20 vatios por litro de líquido limpiador. Los generadores de sonido requieren una distancia mínima de 1 a 2 cm para formar un campo sonoro homogéneo. El contacto de las personas con un baño ultrasónico activo provoca un ataque a la estructura celular y debe evitarse.