Transductor de torsión

Independientemente del transductor utilizado, el factor básico suele ser la intensidad del efecto de cavitación que produce. Las ondas ultrasónicas, al igual que otras ondas sonoras, son una serie de puntos de presión, es decir, una onda que alterna entre compresión y expansión (como se muestra en la figura a continuación). Si la energía sonora es lo suficientemente fuerte, el líquido es empujado durante la fase de expansión de la onda, lo que genera burbujas; y durante la fase de compresión de la onda, estas burbujas estallan o implosionan instantáneamente en el líquido, generando una fuerza de impacto muy efectiva, especialmente adecuada para la limpieza. Este proceso se denomina efecto de cavitación.

Sin embargo, la cavitación solo ocurrirá en una región donde la presión del líquido sea inferior a la presión del gas dentro de la burbuja, por lo que la amplitud de las ondas ultrasónicas generadas por el transductor debe ser lo suficientemente grande para cumplir con esta condición. La potencia mínima necesaria para generar cavitación se denomina punto crítico de cavitación. Diferentes líquidos tienen diferentes puntos críticos de cavitación, por lo que la energía ultrasónica debe superar este punto crítico para lograr un efecto de limpieza. En otras palabras, solo cuando la energía supera el punto crítico se pueden generar burbujas de cavitación para realizar la limpieza ultrasónica.

A principios del siglo XX, el desarrollo de la electrónica permitió a las personas utilizar el efecto piezoeléctrico y el efecto magnetoestrictivo de ciertos materiales para fabricar varios transductores electromecánicos de distorsión. En 1917, el físico francés Langevin fabricó un transductor ultrasónico de tipo sándwich utilizando cuarzo piezoeléctrico natural, que se utilizó para explorar submarinos en el fondo del mar. Con el continuo desarrollo de la aplicación de ultrasonido en diversos sectores militares y de la economía nacional, también surgieron transductores magnetoestrictivos de mayor potencia ultrasónica, así como varios transductores ultrasónicos de tipo eléctrico, electromagnético y electrostático para diferentes usos.

Los transductores ultrasónicos comúnmente utilizados se dividen en transductores magnetoestrictivos y transductores electrostrictivos según el modo de excitación de vibración. Si la energía ultrasónica es lo suficientemente grande, la cavitación ocurrirá en todo el líquido de limpieza, por lo que las ondas ultrasónicas pueden limpiar eficazmente pequeñas grietas y poros. El efecto de cavitación también promueve reacciones químicas y acelera la disolución de la película superficial.

Desde un análisis teórico, las burbujas de cavitación que estallan pueden generar presiones superiores a 10,000 psi y temperaturas de 20,000 °F (11,000 °C), y en el momento de su explosión, la onda de choque se irradia rápidamente hacia afuera. La energía liberada por una sola burbuja de cavitación es muy pequeña, pero millones de burbujas de cavitación estallan simultáneamente cada segundo, acumulando un efecto que será muy intenso, y la poderosa fuerza de impacto hará que la suciedad en la superficie de la pieza de trabajo se desprenda, que es la característica de toda limpieza ultrasónica.