La limpieza ultrasónica es un método de limpieza de la superficie de los sólidos en los líquidos de lavado, en el que se introducen vibraciones ultrasónicas en el líquido de una forma u otra. El uso de ultrasonidos suele acelerar significativamente el proceso de limpieza y mejorar su calidad. Además, en muchos casos es posible reemplazar los solventes inflamables y tóxicos con detergentes más seguros sin comprometer la calidad de la limpieza.
La limpieza por ultrasonidos se utiliza en multitud de industrias [1] , en la reparación de máquinas y mecanismos, en joyería y restauración, en medicina, en la vida cotidiana [2] , etc.
La limpieza ocurre debido a la acción combinada de varios efectos no lineales que ocurren en el líquido bajo la acción de poderosas vibraciones ultrasónicas. Estos efectos son: cavitación , corrientes acústicas , presión sonora , efecto de capilaridad sonora , de los cuales la cavitación juega un papel decisivo. Las burbujas de cavitación, pulsantes y colapsadas cerca de la contaminación, las destruyen. Este efecto se conoce como erosión por cavitación .
Para la limpieza ultrasónica, la elección correcta de la solución de limpieza es importante para que disuelva o emulsione eficazmente los contaminantes y, al mismo tiempo, no afecte en la medida de lo posible a la superficie que se está limpiando. Esta última circunstancia es especialmente importante, ya que los ultrasonidos suelen acelerar significativamente los procesos físicos y químicos en los líquidos, y un detergente agresivo puede dañar rápidamente la superficie.
La limpieza ultrasónica no debe usarse cuando la resistencia a la cavitación de la superficie a limpiar es menor que la resistencia a la contaminación. Por ejemplo, cuando se eliminan películas adhesivas de piezas de aluminio, la probabilidad de destrucción de las piezas en sí es alta.
Desde el punto de vista de la limpieza por ultrasonidos, la contaminación se distingue por tres signos:
Los contaminantes resistentes a la cavitación se prestan bien a la limpieza ultrasónica solo si están débilmente adheridos a la superficie o interactúan con la solución de limpieza. Estos son contaminantes grasos que se lavan bien en soluciones ligeramente alcalinas. Los revestimientos de laca o pintura, las incrustaciones y las películas de óxido suelen ser resistentes a la cavitación y están bien adheridos a la superficie. Para la limpieza ultrasónica de tales contaminantes, se necesitan soluciones bastante agresivas, porque aquí solo puede actuar el tercio de los signos enumerados.
Los contaminantes cavitacionalmente inestables (polvo, compuestos orgánicos porosos, productos de corrosión) son relativamente fáciles de eliminar incluso sin el uso de soluciones especiales.
En la limpieza por ultrasonidos, tanto el agua corriente como las soluciones acuosas de detergentes y disolventes orgánicos se utilizan como líquido de lavado. La elección del agente está determinada por el tipo de contaminación y las propiedades de la superficie a limpiar (ver arriba).
Para la limpieza por ultrasonidos, se necesita un recipiente con una solución de limpieza y una fuente de vibraciones mecánicas de frecuencia ultrasónica, denominada emisor ultrasónico . La superficie del transductor ultrasónico , el cuerpo del recipiente e incluso la parte a limpiar pueden actuar como emisor . En estos últimos casos, el transductor ultrasónico está fijado, respectivamente, al cuerpo oa la pieza de trabajo.
Un transductor ultrasónico convierte las vibraciones eléctricas que se le aplican en vibraciones mecánicas de la misma frecuencia. La mayoría de las instalaciones utilizan frecuencias de 18 a 44 kHz con una intensidad de oscilación de 0,5 a 10 W/cm². El límite superior del rango de frecuencia se debe al mecanismo de formación y destrucción de las burbujas de cavitación: a una frecuencia muy alta, las burbujas no tienen tiempo de colapsar, lo que reduce el efecto de microshock de la cavitación.
Los transductores pueden ser magnetostrictivos o piezocerámicos . Los primeros se distinguen por su mayor tamaño y masa, significativamente menor eficiencia , sin embargo, le permiten alcanzar una alta potencia, del orden de varios kilovatios. Los transductores piezocerámicos son más compactos, más livianos, más económicos, pero su potencia, por regla general, no es tan grande, hasta varios cientos de vatios. Dicha potencia, sin embargo, es suficiente para la gran mayoría de aplicaciones, dado que en grandes instalaciones se utilizan varios emisores a la vez.
Los dispositivos más conocidos son los baños de ultrasonidos , instalaciones especialmente diseñadas para la limpieza por ultrasonidos. Los transductores en tales baños, por regla general, se integran en los orificios de la caja, o se unen a la caja, convirtiéndolo en un radiador, o se colocan dentro como módulos separados. Cada método tiene sus propias ventajas y desventajas.
Se pueden incorporar módulos separados de transductores ultrasónicos (emisores) en líneas de producción donde se requiere una limpieza rápida y de alta calidad. Así, por ejemplo, lo hacen para la limpieza continua de metal laminado y alambre en diferentes etapas de su producción y uso.
Los transductores conocidos se fabrican en forma de pequeñas herramientas manuales para la limpieza precisa de superficies complejas.