La limpieza ultrasónica es un proceso que utiliza ultrasonidos (generalmente de 20 a 40 kHz ) para agitar un fluido. El ultrasonido se puede usar solo con agua, pero el uso de un solvente apropiado para el objeto a limpiar y el tipo de suciedad presente mejora el efecto. La limpieza suele durar entre tres y seis minutos, pero también puede superar los 20 minutos, dependiendo del objeto que se deba limpiar. [1]
Los limpiadores ultrasónicos se utilizan para limpiar muchos tipos diferentes de objetos, incluidas joyas , muestras científicas, lentes y otras piezas ópticas, relojes , instrumentos dentales y quirúrgicos , herramientas , monedas , plumas estilográficas , palos de golf , carretes de pesca , persianas , componentes de armas de fuego , etc. inyectores de combustible para automóviles , instrumentos musicales, discos de gramófono , partes de máquinas industriales y equipos electrónicos. Se utilizan en muchos talleres de joyería, relojeros.«establecimientos, talleres de reparación electrónica [2] y laboratorios científicos.
Historia
Los mecanismos de superficie de la limpieza ultrasónica son bien conocidos, con muchos trabajos dedicados a esta ciencia desde que apareció el primer equipo comercial de limpieza ultrasónica en la década de 1950, y comenzó a usarse como electrodomésticos relativamente económicos en aproximadamente 1970. [3] Se ha utilizado la limpieza ultrasónica industrialmente durante décadas, particularmente para limpiar pequeñas piezas intrincadas y para acelerar los procesos de tratamiento de superficies. [4]
Caracteristicas del proceso
La limpieza ultrasónica utiliza burbujas de cavitación inducidas por ondas de presión (sonido) de alta frecuencia para agitar un líquido. La agitación produce grandes fuerzas sobre los contaminantes que se adhieren a sustratos como metales, plásticos, vidrio, caucho y cerámica. Esta acción también penetra agujeros ciegos , grietas y huecos. La intención es eliminar completamente todos los rastros de contaminación adheridos o incrustados en superficies sólidas. Se puede utilizar agua o disolventes , según el tipo de contaminación y la pieza de trabajo. Los contaminantes pueden incluir polvo, suciedad, aceite, pigmentos, óxido, grasa, algas, hongos, bacterias, incrustaciones de cal, compuestos de pulido, agentes fundentes, huellas dactilares, cera de hollín y agentes de liberación de moho, suciedad biológica como sangre, etc. La limpieza ultrasónica se puede utilizar para una amplia gama de formas, tamaños y materiales de piezas de trabajo, y es posible que no requiera desmontar la pieza antes de limpiarla. [5]
No se debe permitir que los objetos descansen en la parte inferior del dispositivo durante el proceso de limpieza, ya que eso evitará que se produzca cavitación en la parte del objeto que no está en contacto con el solvente. [2]
Principio de diseño y funcionamiento
En un limpiador ultrasónico, el objeto a limpiar se coloca en una cámara que contiene una solución adecuada (en un disolvente acuoso u orgánico, según la aplicación). En los limpiadores acuosos, a menudo se añaden tensioactivos (p. Ej., Detergente para ropa) para permitir la disolución de compuestos no polares tales como aceites y grasas. Un transductor generador de ultrasonido integrado en la cámara, o bajado al fluido, produce ondas ultrasónicas en el fluido cambiando de tamaño en concierto con una señal eléctrica que oscila a una frecuencia ultrasónica. Esto crea ondas de compresión en el líquido del tanque que 'desgarran' el líquido, dejando atrás muchos millones de 'vacíos' microscópicos / 'burbujas de vacío parcial' (cavitación). Estas burbujas colapsan con enorme energía; se alcanzan temperaturas y presiones del orden de 5.000 K y 135 MPa; [6] [7] sin embargo, son tan pequeños que no hacen más que limpiar y eliminar la suciedad y los contaminantes de la superficie. Cuanto mayor sea la frecuencia, más pequeños serán los nodos entre los puntos de cavitación, lo que permite la limpieza de detalles más intrincados.
Los transductores suelen ser piezoeléctricos (por ejemplo, fabricados con titanato de circonato de plomo (PZT), titanato de bario , etc.), pero a veces son magnetoestrictivos . Los productos químicos a menudo agresivos que se utilizan como limpiadores en muchas industrias no son necesarios, o se utilizan en concentraciones mucho más bajas, con agitación ultrasónica. Los ultrasonidos se utilizan para la limpieza industrial y también en muchas técnicas médicas y dentales y procesos industriales.
Solución de limpieza
La actividad ultrasónica (cavitación) ayuda a que la solución haga su trabajo; el agua corriente normalmente no sería eficaz. La solución de limpieza contiene ingredientes diseñados para hacer que la limpieza ultrasónica sea más efectiva. Por ejemplo, la reducción de la tensión superficial aumenta los niveles de cavitación, por lo que la solución contiene un buen agente humectante ( tensioactivo ). Las soluciones de limpieza acuosas contienen detergentes, agentes humectantes y otros componentes, y tienen una gran influencia en el proceso de limpieza. La composición correcta de la solución depende en gran medida del artículo que se limpia. Las soluciones se usan principalmente tibias, a aproximadamente 50–65 ° C (122–149 ° F), sin embargo, en aplicaciones médicas, generalmente se acepta que la limpieza debe realizarse a temperaturas inferiores a 45 ° C (113 ° F) para evitar la coagulación de proteínas.
Las soluciones a base de agua tienen una capacidad más limitada para eliminar contaminantes mediante la acción química únicamente que las soluciones solventes; por ejemplo, para piezas delicadas cubiertas de grasa espesa. El esfuerzo requerido para diseñar un sistema de limpieza acuosa eficaz para un propósito particular es mucho mayor que para un sistema solvente.
Algunas máquinas (que no son excesivamente grandes) están integradas con máquinas desengrasantes por vapor que utilizan líquidos limpiadores de hidrocarburos: Se utilizan tres tanques en cascada. El tanque inferior que contiene líquido sucio se calienta y el líquido se evapora. En la parte superior de la máquina hay un serpentín de refrigeración. El fluido se condensa en el serpentín y cae al tanque superior. El tanque superior eventualmente se desborda y el líquido limpio corre hacia el tanque de trabajo donde se lleva a cabo la limpieza. El precio de compra es más alto que las máquinas más simples, pero estas máquinas son económicas a largo plazo. El mismo fluido se puede reutilizar muchas veces, minimizando el desperdicio y la contaminación.
Usos
La mayoría de los materiales duros no absorbentes (metales, plásticos, etc.) que no sean atacados químicamente por el líquido de limpieza son adecuados para la limpieza ultrasónica. Los materiales ideales para la limpieza ultrasónica incluyen piezas electrónicas pequeñas, cables, varillas, alambres y elementos detallados, así como objetos de vidrio, plástico, aluminio o cerámica. [8]
La limpieza ultrasónica no esteriliza los objetos que se limpian, porque las esporas y los virus permanecerán en los objetos después de la limpieza. En aplicaciones médicas, la esterilización normalmente sigue a la limpieza ultrasónica como un paso separado. [9]
Los limpiadores ultrasónicos industriales se utilizan en las industrias automotriz, deportiva, de impresión, marina, médica, farmacéutica, galvanoplastia, componentes de unidades de disco, ingeniería y armas.
La limpieza ultrasónica se utiliza para eliminar la contaminación de los equipos de procesos industriales, como tuberías e intercambiadores de calor.
Limitaciones
La limpieza ultrasónica se utiliza ampliamente para eliminar los residuos de fundente de las placas de circuito soldadas. Sin embargo, algunos componentes electrónicos, especialmente los dispositivos MEMS como giroscopios , acelerómetros y micrófonos, pueden dañarse o destruirse por las vibraciones de alta intensidad a las que están sujetos durante la limpieza. Los zumbadores piezoeléctricos pueden funcionar en reversa y producir voltaje, lo que puede representar un peligro para sus circuitos de excitación.
Seguridad
Se recomienda evitar el uso de soluciones de limpieza inflamables porque los limpiadores ultrasónicos aumentan la temperatura incluso cuando no están equipados con un calentador. Cuando la unidad está en funcionamiento, introducir la mano en la solución podría provocar quemaduras debido a la temperatura; También pueden producirse molestias e irritación de la piel. [10]
Ver también
- Limpieza de piezas
- Limpieza acústica
- Lavadora
- Autoclave
- Macrosónicos
- Sonicación
Referencias
- ^ Dietz, Ellen Roberta y Raula Badavinac (2002). Normas de seguridad y control de infecciones para higienistas dentales . Albany, Nueva York: Delmar Thomson Learning. pag. 129. ISBN 0766826600.
- ^ a b Ensminger, Dale (2009). Ultrasonidos: datos, ecuaciones y sus usos prácticos, Volumen 10 . Boca Raton, Florida: CRC Press (Taylor & Francis Group). pag. 328. ISBN 978-0-8247-5830-1.
- ^ Wahl, Paul (marzo de 1970). "Ponga ondas de sonido a trabajar en su tienda" . Ciencia popular . Consultado el 20 de diciembre de 2011 .
- ^ Phillion, R. (junio de 2011). "La aplicación de la limpieza ultrasónica a escala industrial a los intercambiadores de calor" (PDF) . Ensuciamiento y limpieza del intercambiador de calor .
- ^ Robert H. Todd, Dell K. Allen y Leo Alting; Guía de referencia de procesos de fabricación
- ^ Henglein, A .; Gutiérrez, M. (1993). "Sonoquímica y sonoluminiscencia: efectos de la presión externa". J. Phys. Chem . 97 : 158-162. doi : 10.1021 / j100103a027 .
- ^ Azar, Lawrence (febrero de 2009). "Cavitación en limpieza ultrasónica y disrupción celular" (PDF) . Ambientes controlados.
- ^ Williams, Douglas (1994). Guía de tecnologías más limpias: cambios en los procesos de limpieza y desengrasado . Washington DC: Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos. pag. 19. ISBN 9780788114519.
- ^ Simmers, Louise y Karen Simmers-Nartker, Sharon Simmers-Kobelak (2009). Ocupaciones de salud diversificadas: séptima edición . Clifton Park, Nueva York: Delmar Cengage Learning Academic Resource Center. pag. 381. ISBN 978-1-4180-3021-6.
- ^ "Manual del operador del limpiador ultrasónico" (PDF) . Branson . Consultado el 2 de noviembre de 2018 .