Lavado industrial ultrasónico: ¿como funciona?

En la industria moderna el lavado de productos es un proceso ubicuo e indispensable, necesario para remover elementos residuales o innecesarios de productos manufacturados o procesados, ya sea para mejorar su presentación, aumentar su duración o preparar el producto para otros procesos posteriores. Los primeros sistemas de lavado industrial ultrasónico se desarrollaron alrededor de 1950 y el lavado ultrasónico facilitó la limpieza de piezas complejas o con requerimientos especiales.

Mecanismo:

El lavado ultrasónico funciona dentro de la interacción de 3 mecanismos:

a) Cavitación b) Aceleración c) Reacciones fisicoquímicas.

La cavitación (a) es la reducción de la presión estática de un líquido por debajo de su punto de vaporización generando minúsculas cavidades vaporizadas que al colapsar generan ondas de choque. En limpieza industrial, la cavitación es producida por ondas de presión de alta frecuencia (sonido) que agitan un fluido (b), usualmente agua, con detergentes o solventes (c) donde se encuentra sumergido el producto a limpiar. Esta cavitación tiene suficiente capacidad para superar las fuerzas de adhesión entre partículas y substratos, aflojando las partículas contaminantes adheridas a materiales como metales, plásticos, vidrio, goma o cerámica, entre otros. El lavado ultrasónico permite remover contaminantes tales como polvos, lodos, aceites, pigmentos, óxido, grasas, hongos, algas y hasta bacterias, limpiando suciedad como recubrimientos de cera o grasa, herrumbre, corrosión, pinturas viejas, huellas digitales, suciedad de tierra, moho, ranciedad, hollín, etc.

Los transductores usualmente son componentes piezoeléctricos o de magnetostricción que cambian su forma según la presencia de campos electromagnéticos.

Los objetos para limpiar se sumergen en un contenedor adecuado con algún tipo de solución según la necesidad (solventes, detergentes, tensoactivos, etc.). Un dispositivo generador transductor ultrasónico dentro del contenedor es el que produce las ondas ultrasónicas al moverse en sincronía con una señal eléctrica en frecuencia ultrasónica (usualmente a partir de los 15kHz hasta alrededor de 3MHz), las cuales generan compresión en la solución del contenedor que “estiran” (aceleran) la solución creando millones de burbujas microscópicas por cavitación, las cuales implosionan con gran fuerza, pero en un muy pequeño espacio, por lo que en general no generan daños pero sí separan y remueven la suciedad y contaminantes.

La efectividad de la limpieza ultrasónica depende de la mutua interacción de estos 3 factores, variando la frecuencia ultrasónica; la cavitación usualmente ocurre mejor a bajas frecuencias, pero frecuencias más altas producen mayores aceleraciones por lo que es importante seleccionar el equipo adecuado.

Ventajas:

La ventaja de usar limpieza ultrasónica a nivel industrial es que mientras la pieza que se limpie se pueda sumergir, el proceso ultrasónico penetrará fácilmente huecos, grietas, y cavidades sin dañar la superficie de la pieza (mientras se escoja adecuadamente el transductor y la frecuencia). El uso de limpieza ultrasónica potencializa la efectividad de las correspondientes soluciones y viceversa; por ejemplo, la reducción de la tensión superficial aumenta los niveles de cavitación, mientras que la fuerza de cavitación ayuda a separar suciedad cuya adhesión ha sido debilitada por elementos surfactantes, todo esto sin necesidad de utilizar principios abrasivos, aunque sea con materiales muy suaves. Además, la limpieza ultrasónica puede limpiar partes con geometrías de difícil acceso, así como superficies porosas con facilidad, y objetos delicados que no se puedan limpiar por contacto físico.

Limitantes:

Si bien hemos comentado las ventajas de la limpieza ultrasónica, es importante mencionar que el fenómeno de cavitación sí puede ser destructivo si no se aplica correctamente. Ejemplos comunes de daño por cavitación lo encontramos en turbinas o hélices y son preocupaciones comunes, por ejemplo, en las turbinas de las hidroeléctricas que, a la larga, suelen acumular daño físico por cavitación. Así también en el lavado ultrasónico, se debe escoger adecuadamente la frecuencia de emisión del transductor pues habrá situaciones donde ciertos objetos puedan tener sensibilidad superficial a ciertas frecuencias donde el tamaño de la burbuja de cavitación cause daños, pues recordemos que la implosión de la burbuja de cavitación, que si bien es pequeña, puede alcanzar altas temperaturas y bastante fuerza que, al acumularse, causen daños a la pieza que se quiere limpiar.

Aplicaciones más comunes.

Entre las aplicaciones de lavado ultrasónico más populares encontramos:

• Semiconductores: LCD’s, sustratos de silicio, diodos, transistores, LED’s, etc.
• Electrónica: circuitos impresos, pantallas de cristal, electrodos, cabezales magnéticos, conectores, partes de disco duro, etc.
• Partes de precisión: relojería, cámaras fotográficas, máquinas de coser, filtros metálicos, etc.
• Óptica: lentes, prismas, fibra óptica, vidriería, etc.
• Partes mecanizadas: piezas, baleros, rodamientos, balines, válvulas, cilindros, partes hidráulicas, etc.
• Automotriz: motores, pistones, árboles de levas, bombas de inyección, partes, etc.
• Textiles: filtros, fábricas, fibras, cerdas, cepillos, etc.
• Alimentos: huevo, frutas, legumbres, latas, contenedores, etc.
• Investigación y desarrollo: procesos para laboratorios físicos, químicos, médicos y/o biológicos.

Proceso general de lavado ultrasónico:

Un sistema completo de lavado ultrasónico usualmente contiene 3 etapas: Lavado ultrasónico, enjuague (ultrasonido opcional), secado. Según las necesidades específicas del producto, se pueden incluir otras etapas.

En la primera etapa, se sumerge la pieza o parte a lavar dentro de un contenedor donde se encuentra el transductor emisor ultrasónico. Este contenedor estará lleno del fluido por donde se transmitirá el sonido. Es importante mencionar que tanto el fluido, la concentración del agente limpiador, tensión superficial, tiempo, así como la temperatura afectan los resultados de limpieza, por lo que es importante seguir las instrucciones del fabricante; el trabajo del limpiador es aumentar la eficacia del proceso y reducir el tiempo de lavado.

El segundo paso es el enjuague de la pieza o parte para terminar de remover los elementos no deseados. Se debe usar un fluido neutro para la pieza (usualmente agua) para asegurar que no queden residuos indeseados. Si fuera necesario se puede volver a utilizar un transductor generador ultrasónico.

El tercer paso es el secado, donde a la pieza o parte se le remueve el elemento de enjuague. Existen múltiples métodos para lograrlo, principalmente secado por aire, por centrifugado o por evaporación, ya sea por calor o a temperatura ambiente.

Una vez terminados estos pasos la pieza está lista para su siguiente proceso. Las unidades para lograr esto pueden ser adquiridas como sistemas integrados directamente al proceso o por separado según las necesidades del cliente.

Para mayor información respecto a procesos de lavado industrial ultrasónico, los invitamos a contactar a su representante de ventas Yamazen llamando al 472-7486400, por correo electrónico a info@yamazen.com.mx o a través del chat o forma de contacto en nuestro sitio web.

Gerardo Pérez Plascencia