Ultrasonido industrial Una breve explicación

La aplicación de ultrasonidos se conoce sobre todo en el ámbito del diagnóstico médico, cuado se realizan fotografías de bebés que aún no han nacido. En la industria, los ultrasonidos se utilizan en numerosos procesos, por ejemplo, para limpiar, soldar plásticos y metales, cortar, conformar, comprobar materiales, separar, mezclar, desgasificar, pulverizar, localizar, medir y mucho más.

Los ultrasonidos son sonidos imperceptibles para el oído humano. El sonido representa la expansión de oscilaciones mínimas de presión y densidad en un medio elástico (gases, líquidos o sólidos). El número de oscilaciones en el espacio de un segundo se denomina frecuencia, cuya unidad es el hercio (Hz). El rango de frecuencia perceptible por el oído humano se sitúa entre los 16 y los 20 000 Hz. El rango superior a 20 000 Hz se denomina ultrasonido.

Ventajas de la tecnología ultrasónica para la industria

+ Responsabilidad ecológica: la energía eléctrica se transforma directamente en oscilaciones mecánicas de alta frecuencia a través del efecto piezoeléctrico. Estas vibraciones actúan directamente sobre la zona de destino (cordón de soldadura, criba, producto de limpieza, etc.).

+ Ahorro de energía: los ultrasonidos no requieren aditivos ni elementos desechables. Mediante la aplicación localizada de la energía en la zona de destino (cordón de soldadura, criba, producto de limpieza, etc.), las pérdidas de energía son mínimas.

+ Rapidez: gracias a la aplicación localizada de la energía por toda la zona de destino, el proceso de soldadura se desarrolla rápidamente. De este modo, los tiempos de proceso típicos de la técnica de conexión van desde décimas de segundo (plástico) hasta aprox. 3 segundos (metal).

+ Racionalización: el desgaste de las herramientas de ultrasonido es relativamente bajo. Esto reduce los trabajos de mantenimiento. En muchos sectores en los que se trabaja por turnos, las instalaciones de ultrasonidos se utilizan durante todo el día.

+ Rentabilidad: gracias a la rapidez del proceso y al escaso consumo de energía, se puede ahorrar desde el primer momento.

Ultrasonido Principios técnicos

Para generar ultrasonidos, se utiliza el efecto piezoeléctrico de la llamada cerámica PZT. Al aplicar tensión en la cerámica PZT, su longitud se modifica. Si a continuación se aplica una tensión alternativa (de alta frecuencia), la cerámica PZT se alargará o acortará en función de la tensión existente en ese momento y se pondrá a vibrar.

Las vibraciones de la cerámica PZT se transmiten a la zona de destino a través de componentes sintonizados acústicamente, por ejemplo, a la superficie de soldadura, a un marco de criba o a un producto de limpieza. Para que las vibraciones se transmitan correctamente, todo el sistema oscilante se sintoniza acústicamente de modo que sus componentes vibren en resonancia.

El sistema oscilante está formado por los siguientes componentes:

El convertidor contiene la cerámica PZT, que transforma la energía eléctrica en oscilaciones mecánicas.
El "booster" aumenta o reduce la amplitud de la oscilación del convertidor para adaptarla perfectamente al sonotrodo. No todas las aplicaciones requieren un "booster".
El sonotrodo es la herramienta que transmite las vibraciones a la zona de destino.

Tipos de sistemas oscilantes

Sistemas de oscilación longitudinal

Los sistemas de oscilación longitudinal se utilizan en muchos ámbitos, por ejemplo, para soldar plásticos y metales no ferrosos o para limpiar materiales.

Sistemas de oscilación helicoidal

El método helicoidal ofrece la ventaja de que las vibraciones solo inciden ligeramente en la zona que rodea el cordón de soldadura. Por un lado, esto protege superficies y componentes delicados y, por otro, aporta una mayor densidad de energía a la zona de soldadura.

Sistemas de oscilación transversal

Los sistemas de oscilación transversal se utilizan para estimular cribas.

Figura 1: Sonotrodo para soldadura de metal lineal

Figura 2: Sonotrodo para soldadura de plástico lineal

Figura 3: Sonotrodo PowerWheel

Figura 4: Resonador de criba