Transductores De Potencia
Páginas: 18 (4396 palabras)
Publicado: 23 de mayo de 2012
TRANSDUCTORES ULTRASÓNICOS DE POTENCIA
Juan A. Gallego Juárez
Instituto de Acústica, CSIC
Serrano, 144
28006 Madrid
1. Introducción
Las aplicaciones de los ultrasonidos se clasifican generalmente en dos grandes grupos que se refieren, respectivamente, al uso de bajas y altas intensidades. Losultrasonidos de potencia cubren las aplicaciones de alta intensidad en las que se trata de producir modificaciones permanentes en el medio sobre el que se actúa. La mayoría de las aplicaciones de los ultrasonidos de potencia se llevan a cabo en el campo de frecuencia entre 20 y 100 kHz y con intensidades acústicas que varían desde aproximadamente 0,1 W/cm2 hasta varios KW/cm2. El empleo de lasfrecuencias ultrasónicas permite obtener altas aceleraciones y concentración de energía en medios de muy diversa naturaleza, sin producir molestias acústicas a las personas.
Existe una amplia gama de procesos que pueden ser promovidos mediante los ultrasonidos de potencia. Los más importantes son: mecanización, soldadura, formación de metales, etc. en medios sólidos; limpieza, aceleración dereacciones químicas, emulsificación, atomización, desespumación, secado, aglomeración de aerosoles, etc. en medios fluidos.
La aplicación industrial de estos procesos depende fundamentalmente de la tecnología de generación de los ultrasonidos de alta intensidad. Los principales puntos a considerar en los transductores son la capacidad de potencia, el rendimiento, la amplitud y distribución de lavibración y la direccionalidad de la radiación emitida.
Los transductores de potencia son sistemas de banda estrecha con capacidades de potencia que van desde algunos cientos de vatios hasta varios kilovatios y gran amplitud de vibración.
En este trabajo se revisan los principales tipos de transductores ultrasónicos de potencia y se discuten sus características.
2. Materiales para latransducción ultrasónica de potencia.
Actualmente la mayoría de los transductores ultrasónicos son piezoeléctricos. Por tanto, fijaremos nuestra atención de modo muy especial en este tipo de transductores. Sin embargo, es interesante reseñar los recientes desarrollos de nuevos materiales magnetostrictivos (compuestos de tierras raras) que presentan propiedades muy prometedoras para latransducción de potencia (1).
Los transductores son generalmente dispositivos formados por un conjunto de elementos de los cuales el elemento piezoeléctrico (o magnetostrictivo) constituye el motor del sistema, ya que es el que cambia sus dimensiones en respuesta a la acción de un campo eléctrico (o magnético). Otros componentes de la estructura del transductor son elementos pasivos que se utilizan paramejorar la transferencia de energía. Estos componentes son generalmente piezas de aleaciones metálicas.
En esta sección describiremos las características básicas de los materiales activos y pasivos usados en los transductores de potencia, con especial énfasis en las cerámicas piezoeléctricas.
2.1.- Cerámicas piezoeléctricas
En los transductores actuales, los materialespiezoeléctricos que se emplean generalmente son de tipo cerámico. Las cerámicas piezoeléctricas presentan los mayores factores de conversión electromecánica y tienen, en términos generales, las propiedades más favorables para la transducción de potencia.
Las cerámicas piezoeléctricas son materiales constituidos por un conglomerado de cristalitos ferroeléctricos que están orientados al azar. Se originangeneralmente en una reacción en estado sólido de distintos óxidos seguida de un tratamiento a alta temperatura. En su estado primitivo la cerámica es isotrópica y no piezoeléctrica a causa de la distribución azarosa y de la estructura de los dominios (regiones dentro de cada cristalito en las que los dipolos eléctricos tienen una orientación común) (Figura 1.a). El material cerámico se hace...
Juan A. Gallego Juárez
Instituto de Acústica, CSIC
Serrano, 144
28006 Madrid
1. Introducción
Las aplicaciones de los ultrasonidos se clasifican generalmente en dos grandes grupos que se refieren, respectivamente, al uso de bajas y altas intensidades. Losultrasonidos de potencia cubren las aplicaciones de alta intensidad en las que se trata de producir modificaciones permanentes en el medio sobre el que se actúa. La mayoría de las aplicaciones de los ultrasonidos de potencia se llevan a cabo en el campo de frecuencia entre 20 y 100 kHz y con intensidades acústicas que varían desde aproximadamente 0,1 W/cm2 hasta varios KW/cm2. El empleo de lasfrecuencias ultrasónicas permite obtener altas aceleraciones y concentración de energía en medios de muy diversa naturaleza, sin producir molestias acústicas a las personas.
Existe una amplia gama de procesos que pueden ser promovidos mediante los ultrasonidos de potencia. Los más importantes son: mecanización, soldadura, formación de metales, etc. en medios sólidos; limpieza, aceleración dereacciones químicas, emulsificación, atomización, desespumación, secado, aglomeración de aerosoles, etc. en medios fluidos.
La aplicación industrial de estos procesos depende fundamentalmente de la tecnología de generación de los ultrasonidos de alta intensidad. Los principales puntos a considerar en los transductores son la capacidad de potencia, el rendimiento, la amplitud y distribución de lavibración y la direccionalidad de la radiación emitida.
Los transductores de potencia son sistemas de banda estrecha con capacidades de potencia que van desde algunos cientos de vatios hasta varios kilovatios y gran amplitud de vibración.
En este trabajo se revisan los principales tipos de transductores ultrasónicos de potencia y se discuten sus características.
2. Materiales para latransducción ultrasónica de potencia.
Actualmente la mayoría de los transductores ultrasónicos son piezoeléctricos. Por tanto, fijaremos nuestra atención de modo muy especial en este tipo de transductores. Sin embargo, es interesante reseñar los recientes desarrollos de nuevos materiales magnetostrictivos (compuestos de tierras raras) que presentan propiedades muy prometedoras para latransducción de potencia (1).
Los transductores son generalmente dispositivos formados por un conjunto de elementos de los cuales el elemento piezoeléctrico (o magnetostrictivo) constituye el motor del sistema, ya que es el que cambia sus dimensiones en respuesta a la acción de un campo eléctrico (o magnético). Otros componentes de la estructura del transductor son elementos pasivos que se utilizan paramejorar la transferencia de energía. Estos componentes son generalmente piezas de aleaciones metálicas.
En esta sección describiremos las características básicas de los materiales activos y pasivos usados en los transductores de potencia, con especial énfasis en las cerámicas piezoeléctricas.
2.1.- Cerámicas piezoeléctricas
En los transductores actuales, los materialespiezoeléctricos que se emplean generalmente son de tipo cerámico. Las cerámicas piezoeléctricas presentan los mayores factores de conversión electromecánica y tienen, en términos generales, las propiedades más favorables para la transducción de potencia.
Las cerámicas piezoeléctricas son materiales constituidos por un conglomerado de cristalitos ferroeléctricos que están orientados al azar. Se originangeneralmente en una reacción en estado sólido de distintos óxidos seguida de un tratamiento a alta temperatura. En su estado primitivo la cerámica es isotrópica y no piezoeléctrica a causa de la distribución azarosa y de la estructura de los dominios (regiones dentro de cada cristalito en las que los dipolos eléctricos tienen una orientación común) (Figura 1.a). El material cerámico se hace...
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