LAVADO ULTRASONICO

1. PRINCIPIOS DEL LAVADO
ULTRASONICO
Introducción
 La cavitación ultrasónica
La cavitación ultrasónica es el fenómeno mediante el cual es posible comprender el principio del lavado por
ultrasonido.
En un medio líquido,las señales de alta frecuencia producidas por un oscilador electrónico yenviadas a un
transductor especialmente colocado en la base de una batea de acero inoxidable que contiene dicho liquido,
generan ondas de compresión ydepresión a una altísima velocidad.Esta velocidad depende de l a frecuencia
de trabajo del generador de ultrasonido.Generalmente estos trabajan en una frecuencia comprendida entre
24 y 55 KHz. Las ondas de compresión ydepresión en el líquido originan el fenómeno conocido como
“cavitación ultrasónica”.
 Tensión superficial, viscosidad y presión de vapor
Para comprender mejor el fenómeno,debemos poner atención en algunos conceptos fundamentales,como
ser,la “tensión superficial”,la “viscosidad” yla “presión de vapor”. Los líquidos se caracterizan por el hecho
que las partículas tienen una posibilidad de movimiento mucho mayor que en los sólidos,pero están sujetas a
fuerzas de atracción muy superiores a aquellas existentes en los gases.
En particular el agua es un líquido molecular,evapora a todas las temperaturas pero hierve a una temperatura
bien definida,o sea la “temperatura de ebullición”que para el agua destilada es de 100 grados centígrados
temperatura a la cual la presión de vapor toma el valor de 1 atmósfera.¿Qué sucede cuando expo-nemos una
cierta cantidad de agua a temperatura ambiente a un intenso campo ultrasónico?.
Fig.1: Formación de cavidades y el fenómeno de implosión
Durante la fase de depresión (Fig.1 fase A) se crean en el seno del líquido una infinidad de burbujas de gas
que se agrandan mientras dura la fase de depresión acústica (presión negativa).Esta formación de burbujas
microscópicas de gas es el inicio de la cavitación ( o sea,la formación de cavidades gaseosas en el interior
del líquido).Durante la segunda fase de compresión ultrasónica (Fig.1 fase B), la enorme presión ejercida
sobre las burbujas recién expandidas,comprime a las mismas aumentando enormemene la temperatura del
gas en ellas contenido (Fig.1 fase C) hasta que las burbujas colapsan enormemente la temperatura del gas
en ellas contenido (Fig.1 fase C) hasta que las burbujas colapsan si mismas implotando con la consiguiente
expulsión de una enorme cantidad de energía (Fig. 1 fase D). La energía provocada por la implosión de las
burbujas de gas,golpean la superficie del objeto a limpiar interactuando tanto físicamente como
químicamente.Físicamente tendremos un fenómeno de “microbarrido” a una altísima frecuencia (cerca de

2. 40.000 veces por segundo en una máquina que funciona a 40 KHz) y químicamente con el efecto detersivo de
la sustancia química presente en el líquido limpiador.
 SELECCION DEL TIPO DE DETERGENTE Y LA TEMPERATURA DE TRABAJO
Como podemos ver es de fundamental importancia considerar también el aspecto físico-químico del tipo de
detersivo que se utiliza en la máquina de lavado ultrasónico.En la elección de la lavadora ultrasónica y el
detergente,son muchos los parámetros a tener en cuenta. En primera instancia se debe observar la sustancia
que se desea remover del objeto sucio y consecuentemente a esto elegir el tipo de sustancia química que
pueda agredir al contaminante.
Evidentemente,la sustancia química (detergente) utilizada para tener la mayor eficiencia de cavitación será
una solución acuosa posiblemente con alta pre-sión de vapor, con una baja tensión superficial yuti-lizada a
una temperatura de trabajo entre 50 y 60 °C.
La temperatura de la solución acuosa en un equipo de lavado ultrasónico es muyimportante;es asíque la
intensidad de cavitación varía con el cambio de temperatura.La intensidad de cavitación aumenta al aumentar
la temperatura,hasta cerca de los 65 °C para luego disminuir y desaparecer completamente a la temperatura
de ebullición del líquido utilizado.
Otro parámetro importante a considerar es la presión de vapor de la solución utilizada,Se entiende por
presión de vapor al siguiente concepto:Si consideramos un líquido en un recipiente cerrado y termo statizado,
las moléculas superficiales que tienen energía suficiente pasan al estado de vapor y se distribuyen en el
espacio disponible fuera del líquido.Ocasionalmente,algunas moléculas de vapor vuelven al estado líquido
hasta que se arriba al estado de equilibrio del sistema,a temperatura constante,la velocidad de evaporación
iguala a la de condensación.La presión ejercida por las moléculas de vapor,en estas condiciones,se define
como “presión de vapor”. Su valor no depende de la cantidad de líquido,sino solamente de la temperatura.
Por lo tanto si un líqui-do es calentado,la presión de vapor aumenta con la temperatura y cuando la presión
de vapor iguala a la presión externa seproduce el fenómeno de ebullición.Cada líquido,por lo tanto, tendrá s u
propia presión de vapor y una diferente temperatura de ebullición.
Por ejemplo:el alcohol etílico tiene una presión de vapor muy superior a la del agua a la misma temperatura.
El alcohol etílico hierve a 78°C y a la temperatura de ebullición tendrá una presión de vapor de 1 atm,mientras
que el agua hierve a 100°C con una presión de vapor de 1 atm.Como temperatura normal de ebullición se
define a la temperatura en la que la presión de vapor del líquido es de 1 atm.
Comprender correctamente el concepto de presión de vapor es importante dado que juega un rol
predominante en el proceso de cavitación. Es así que la energía necesaria para formar una burbuja de
cavitación es proporcional a la presión de vapor y al valor de la tensión superficial.La cavitación es débil
cuando la presión de vapor del líquido es baja (agua fría). Las burbujas de cavitación implotan con energía
mas grande,pero todavía tenemos que levantar mucho la potencia aplicada para llegar al nivel del umbral
mínimo de cavitación.Por lo tanto el resultado termina siendo una menor formación de burbujas yun menor
número de implosiones.Por ejemplo,un aumento de la temperatura del líquido,levanta la presión de vapor
del mismo resultando más fácil la cavitación. También un alto valor de presión de vapor baja el umbral mínimo
de cavitación, creando muchas más burbujas que colapsan implotando con una energía más baja en cuanto la
diferencia entre la presión interna y la externa es más pequeña.
También es necesario tener en cuenta la viscosidad del líquido.Valores altos de viscosidad impiden la
cavitación, mientras que bajos valores de viscosidad permiten una buena difusión de las ondas ultrasónicas y
por lo tanto la formación de las burbujas de cavitación.
Análogamente,líquidos con altos y bajos valores de tensión superficial se comportan del mismo modo que
aquellos con alto o bajo valor de viscosidad ya descriptos.
 FRECUENCIAS DE TRABAJO. SISTEMA DE BARRIDO TOTAL (SWEEP SISTEM).
Otros parámetros importantes para obtener buenos niveles de cavitación en un líquido son la frecuencia del
generador ultrasónico,la potencia,el uso del sistema de barrido total (sweepsystem) y el transductor
utilizado. La frecuencia del generador ultrasónico es importante en cuanto determina el tamaño del punto de
cavitación en el interior del líquido expuesto a la sonicación ultrasónica.A mayor frecuencia del generador
menor es el tamaño del punto de cavitación generado,mientras que a menor frecuencia,mayor es el tamaño
de los puntos de cavitación. Está claro que un punto más grande requerirá de una energía mayor para

3. implotar y en consecuencia entregará también una mayor energía mientras que un punto de cavitación más
pequeño necesita menos energía para implotar ytambién menor será la energía que va a entregar.
La pregunta a realizarse ahora es ¿cuál es la ventaja al utilizar sistemas de lavado ultrasónico con frecuencias
altas? La frecuencia alta permite generar en una misma unidad de tiempo muchos puntos de cavitación,
permitiendo una mejor homogeneidad de cavitación por unidad de superficie.Por ejemplo,en un sistema a 40
Khz, la distancia entre picos y nodos de la onda acústica,es prácticamente la mitad con respecto a la
generada por un sistema a 20 Khz. Por lo tanto, el sistema de 40 Khz genera en una unidad de tiempo
muchos más puntos de cavitación y sobre todo de dimensiones menores,permitiendo llegar a puntos aun muy
pequeños por unidad de superficie.Para hacer un ejemplo práctico,podemos asemejar la cavitación de alta
frecuencia con una tela esmeril de grano muyfino mientras que la baja frecuencia la semejamos a una tela
esmeril de grano muygrueso.
El fin de la tela esmeril es el de lijar,pero es evidente que se pueden obtener a una tela esmeril de grano muy
grueso.El fin de la tela esmeril es el de lijar,pero es evidente que se pueden obtener resultados muy
diferentes según se utilice un tipo de grano grueso o uno de grano fino. Los transductores pueden ser del tipo
electroestrictivo o magnetoestrictivo.Generalmente se utilizan los del tipo piezoeléctrico por cuanto es posible
desarrollar transductores con frecuencias mucho más elevadas que aquellos del tipo magnetoestrictivos que
superan los 22 Khz.
El empleo de los generadores con el sistema de barrido total (sweepsystem) permite mejorar aun más la
distribución de la cavitación ultrasónica.Esto se debe a que la frecuencia del generador es modulada
alrededor de una frecuencia central, con variaciones de más o menos 1 Khz. Por ejemplo,un transductor
sintonizado a 40 Khz oscilará a una frecuencia comprendida entre 39 y 41 Khz. Esta variación de frecuencia
impide la formación en el interior del líquido de las indeseables “ondas estacionarias” que pueden generar
fenómenos de interferencia acústica cuando dos o más trenes de onda se entrecruzan en una región del
espacio.El sistema de barrido total (sweepsystem),por lo tanto, disminuye los tiempos de limpieza,previene
el daño de las partes delicadas,incrementa notablemente la distribución homogénea de la cavitación
ultrasónica y facilita el proceso en líquidos que presentan dificultades para cavitar.Generalmente el sistema
de barrido total (sweepsystem) se emplea en sistema de lavado industrial ymuy profesionales,pero
TESTLAB SRL ha comenzado a aplicarlo también en lavadoras ultrasónicas pequeñas.
Sistema de Barrido Total
Sistema Tradicional