Los ultrasonidos son una de esas tecnologías que han evolucionado con el ser humano durante más de un siglo. Siempre en vanguardia y formando parte de infinidad de sectores como la industria, donde empresas como Iberkleen desarrollan sus maquinas de limpieza en base a esta tecnología, o el sector sanitario. Dada la versatilidad y las posibilidades que ofrece, son cada vez más numerosas sus aplicaciones en sectores como la alimentación e incluso, el envasado.
Pero ¿Qué es el ultrasonido? Siendo un concepto tan familiar, deberíamos saber en que se basan sus principios y cómo funciona, esta tecnología para poder comprender cuáles son sus aplicaciones a nivel industrial. Para comprender los principios del ultrasonido, hay que empezar por considerar el sonido como una ondulación del aire o cualquier otro medio elástico. En el caso del sonido que se transmite por el aire, actúa como estímulo. A su vez, se puede definir como una excitación del mecanismo auditivo resultado de su percepción. Como sucede con cualquiera de los fenómenos físicos, cuenta con diferentes características entre las que podemos destacar la amplitud y la frecuencia, cada una de las cuales, posee diversas aplicaciones tanto en ramas científicas como industriales. De tal manera, entre las variaciones de frecuencia del sonido, hallamos el rango audible y las de alta frecuencia como el ultrasonido y el infrasonido.
Con independencia del rango, existen propiedades constantes como, por ejemplo, la frecuencia que, especifica el número de repeticiones de una misma onda por una unidad de tiempo, generalmente, un segundo.
Para que exista el sonido, es esencial un medio elástico ya que se conduce por gases, líquidos y sólidos. Para entenderlo, un ejemplo, si golpeamos unas vías de tren a cien metros de distancia de otra persona, con una piedra, en primer lugar, llegará el sonido que procede de las vías. Poco tiempo después, llegará por el aire. Esto se traduce en que el sonido, viaja con mayor velocidad a través de medios muy densos, esto se debe a que las partículas están muy unidas y transmiten la energía de manera más eficiente, en tanto que el aire, cuenta con partículas dispersas, siendo menos denso.
Sabiendo esto, podemos definir el ultrasonido como una serie de ondas mecánicas que se generan por una vibración. De forma generalizada, causada por un cuerpo elástico como puede ser un material piezoeléctrico. Se propagan por un medio elástico, igual que el sonido y su frecuencia, supera al rango audible de los seres humanos. De ahí que, una de las principales aplicaciones que se el den a esta tecnología, sean en el sector de la medicina como herramienta de imagen. En este caso, los tejidos corporales, ejercen como medio elástico pasando la energía acústica de molécula en molécula.
Aplicaciones del ultrasonido en diferentes campos
Como decimos, la tecnología del ultrasonido, no es algo reciente ni novedoso. La primera sospecha que se tuvo sobre su existencia, fue en el año mil setecientos noventa y cuatro. Casi un siglo después, fue descubierto por un fisiólogo inglés, aunque no fue hasta finales de la Primera Guerra Mundial en la que las técnicas de producción de ultrasonido se utilizaron para el SONAR. A partir de este momento, su uso y aplicaciones, se dirigieron al campo de la medicina, para ayudar a establecer diagnósticos.
Su aplicación a nivel industrial se produjo en los años cincuenta del pasado siglo, momento crucial en el cual, muchos laboratorios, mostraron la extrema diversidad de aplicaciones que poseía dicha tecnología.
El rendimiento que ofrecen los equipos vinculados a los avances electrónicos, confiere nuevas perspectivas para utilizar los ultrasonidos en la industria y la medicina. En este sentido, los ultrasonidos se clasifican en dos categorías principales, cada una de ellas con una finalidad. De tal manera que los ultrasonidos de baja potencia se utilizan para realizar diagnósticos, medición y supervisión; y los de alta potencia que provocan cambios en el medio por el que circula, se utilizan para producir acciones mecánicas, térmicas o químicas.
En base a esto, encontramos las diferentes aplicaciones y usos que se conceden a los ultrasonidos:
- Medicina y diagnóstico, con terapias especificas como la termoterapia.
- Biología y química, se valen de los ultrasonidos para separar membranas celulares, limpiar o desinfectar equipos…
- Agricultura, donde el uso de ondas por vibración del agua (nebulización), se convierte en aerosol y alimenta el sistema radicular.
- La teledetección para sonar que, es un aparato que utiliza las propiedades de propagación del sonido en el agua para detectar y localizar los objetos.
- Dentro de la industria, los ultrasonidos, son utilizados en la metalurgia, para soldar, cortar, limpieza industrial…
- El sector de la alimentación utiliza tecnología ultrasónica para cortar quesos, pasta, carnes, etc., a alta velocidad y sin incurrir en pérdidas.
- Como trampa para insectos.
Aun tratándose de algo imperceptible para el oído humano, la amplia variedad de aplicaciones que posee, no se escapan a la industria que se vale de esta tecnología como estrategia de mantenimiento predictivo. Algunas fallas, pasan desapercibidas a otras técnicas, pero existen problemas de funcionamiento que, inevitablemente, producen señales acústicas que estando por encima del rango audible, no pasan desapercibidas a los detectores de ultrasonidos. Por esta razón se utilizan para identificar los posibles fallos. Dentro de las diferentes aplicaciones de estos detectores de ultrasonido, encontramos:
- Inspecciones mecánicas, en las cuales gracias a su aplicación se detectan fallas en rodamientos y comprueban alineaciones de los equipos.
- Detección de fugas, en las que se pueden detectar problemas entre los fluidos en conducciones, válvulas, sistemas de aire comprimido, etc.
- Inspecciones eléctricas en las que puede detectar fallos en los transformadores, subestaciones o líneas de alta tensión.
- Para verificar el buen funcionamiento en las válvulas hidráulicas y neumáticas o detectar los fallos entre los diferentes componentes.
Múltiples aplicaciones, múltiples ventajas
Recordamos que, en ámbito del diagnóstico médico, la aplicación de los ultrasonidos, esta más que afianzada. A la hora de establecer diagnósticos, las imágenes que proporciona esta tecnología tienen un papel fundamental. Dentro de la industria, sus aplicaciones, van mucho más allá, desde la limpieza, la soldadura de materiales plásticos o metales, la comprobación de los materiales, localización o medición de los mismos, mezclar, desgasificar, pulverizar, etc.
Esto es posible gracias a que el sonido representa la expansión de oscilaciones mínimas de presión y densidad en un medio elástico que, como ya hemos comentado, puede ser gaseoso, líquido o sólido. Ese número de oscilaciones es que se produce en espacio de un segundo, se denomina frecuencia.
Entre sus ventajas, la aplicación de la tecnología ultrasónica, conlleva una responsabilidad ecológica, pues la energía eléctrica, se transforma de forma directa en oscilaciones mecánicas de alta frecuencia mediante el efecto piezoeléctrico. Dichas vibraciones, actúan de forma directa sobre el punto de destino que, puede ser, el cordón de la soldadura, el producto de limpieza, etc.
A su vez, constituye un ahorro en los costes de energía, pues no requieren aditivos ni elementos desechables. Mediante una aplicación localizada de la energía en el punto de destino, se logra una pérdida de energía mínima.
Por otro lado, la aplicación de ultrasonidos, ofrece rapidez. Por la misma razón, gracias a una aplicación localizada de la energía, por toda el área de destino, el trabajo se desarrolla más rápidamente. Reduciendo los tiempos de cada proceso.
Dado que el desgaste de las herramientas de ultrasonido es relativamente bajo, se reducen los trabajos de mantenimiento, algo muy beneficioso en sectores que tienen las maquinas trabajando durante todo el día.
Todos estos beneficios, se traducen en una mayor rentabilidad, gracias a la rapidez en el proceso y el escaso consumo de energía.
Para finalizar, veamos como ejemplo, como la tecnología de ultrasonidos, esta siendo cada vez más utilizada en la industria textil como medida ecológica. Dentro del sector, la producción de textiles, se esta viendo mas que beneficiada por la aplicación de esta tecnología. El primer lugar en donde encontramos su utilidad, es en el lavado. La utilización de ondas ultrasónicas, reduce notablemente el consumo de agua necesario en los procesos. La cavitación, genera una onda que penetra en la tela para desincrustar la suciedad presente en las fibras.
Al mismo tiempo, disminuye la necesidad de utilizar los químicos para tratar los tejidos, dado que la misma cavitación, aumenta la capacidad de absorción de los mismos. De tal manera que, con menor cantidad, se obtienen mejores resultados y los tintes y diferentes tratamientos, penetran mejor y más rápido en las fibras.
Otra práctica común y habitual, es utilizar los ultrasonidos para realizar el corte continuo de los tejidos. Este tipo de tecnología, permite un corte preciso y continuo, mediante ruedas o patines de corte, lo que conlleva un ahorro de tiempo en manipulación de los tejidos, puesto que no es necesario hacer una puntada para evitar que las telas se deshilachen. Esto es gracias al efecto soldadura que producen los cortes con ultrasonido.
Aunque son muchas más las aplicaciones que tiene esta tecnología, tanto en la industria textil, como en el resto de industrias, podemos hacernos una idea de su utilidad. Se trata de una tecnología presente en nuestro día a día que, a pesar de pasar inadvertida, posee una gran relevancia.
