Ultrasonido

Aplicaciones del ultrasonido

Entre las aplicaciones más importantes de los ultrasonidos se citan: los dispositivos de sonar (ecogoniómetro); los detectores de grietas en los materiales metálicos (opacos a las radiaciones electromagnéticas), que se basan en el hecho de que las grietas reflejan parcialmente la energía ultrasonora incidente; las “líneas de retardo” ultrasónicas (utilizadas en las calculadoras electrónicas), que se basan en el hecho de que la propagación de los ultrasonidos en los sólidos es de 100-1.000 m/seg, por lo tanto inferior a la velocidad de las ondas electromagnéticas (3,108 m/seg).

También se usan en la medida de propiedades elásticas de los sólidos y de materias plásticas artificiales (como altos polímeros); en el trabajo mecánico de materiales extremadamente duros, donde el utensilio se sustituye por una cabeza radiante ultrasónica con una pasta abrasiva intermedia; la producción de emulsiones entre dos líquidos de densidad diferente mediante las irradiaciones de la superficie de separación; la precipitación de partículas en suspensión en un gas por efecto de la coagulación de las mismas y que se produce por la acción de una intensa radiación ultrasonora.

Además, se aplican en ciertos procedimientos metalúrgicos, como el refinado de los granos cristalinos durante el enfriamiento de las coladas fundidas, la ventilación de metales fundidos mediante irradiación por ultrasonido y la soldadura del aluminio mediante la irradiación ultrasónica de las superficies que se van a soldar, para eliminar la capa superficial de oxido.

Finalmente, se aplican también los ultrasonidos en bacteriología (destrucción de microorganismos) y en medicina (curación de enfermedades del oído, neuritis, periartritis, artrosis y úlceras).

Aplicaciones de los ultrasonidos

Procedemos ahora a estudiar la que quizás es la parte más interesante de los ultrasonidos: sus aplicaciones. Numerosos son los factores que intervienen en los ultrasonidos y son claves para el estudio de sus aplicaciones: frecuencia, potencia radiada, duración de las radiaciones, pérdidas en el medio, etc. También hay que considerar los efectos sobre el medio: desplazamiento de las partículas, presión acústica, etc. Veamos las principales aplicaciones de los ultrasonidos.

Guiado y sondeo

Una de las principales aplicaciones de los ultrasonidos es la que tiene que ver con los sensores para guiado y sondeo. Aquí es donde entra en juego el tema de acústica submarina, aplicado en el sondeo del fondo del mar, navegación de submarinos, detección de bancos de pescado, etc.

Este uso de los ultrasonidos a modo de radar es utilizado por animales, concretamente por los murciélagos, cuyo sentido del oído está muy desarrollado, llegando incluso a escuchar frecuencias cercanas a los 100 KHz. La idea es que estos animales emiten pulsos ultrasónicos que rebotan en los objetos de alrededor. Los ecos son procesados y el murciélago puede llegar a tener una verdadera visión tridimensional del ambiente.

Cuando pensamos en este tipo de aplicaciones quizá nos viene a la mente la idea de la acústica submarina. Sin embargo, se dan muchas aplicaciones en el guiado de robots con navegación autónoma. El funcionamiento genérico es bastante simple: se trata de emitir pulsos ultrasónicos y contar el tiempo que tardan en regresar. De este modo, conociendo la velocidad de propagación, se puede estimar la distancia recorrida por la onda (ida y vuelta al obstáculo).

�Cuál es el problema de este tipo de detectores simples? Pues que al fijar un nivel de detección adecuado para distancias pequeñas, no se distinguen los ecos de las señales grandes. Si fijamos el umbral para detectar distancias grandes, el ruido existente puede dar lugar a altas probabilidades de error. Una forma de solucionar esto es introducir complejidad en los circuitos variando la ganancia o el umbral de detección según las distancias sean superiores o inferiores. Otra solución es utilizar el llamado sistema alternativo combinado, consistente en un análisis conjunto de frecuencia y amplitud:

No nos podemos olvidar, desde luego, del famoso sónar. Este aparato se basa en el principio del radar para poder estudiar el espacio marino y detectar obstáculos en la trayectoria de submarinos, bancos pesqueros, icebergs, etc. La utilización de ultrasonidos es fundamental puesto que las ondas electromagnéticas (características del radar convencional) no admiten propagación por el agua.

Medicina y biología

Ya hemos hablado en el apartado de efectos acerca de las posibilidades de los ultrasonidos para curar ciertas dolencias. Aquí nos centraremos más en la diagnosis. La técnica más conocida, sin ninguna duda, es la ecografía. La idea, una vez más, es inyectar ultrasonidos a través de la piel en el organismo del paciente (baja intensidad, en torno a unos pocos miliwatios). Estos se reflejan a medida que vayan pasando de unos medios a otros y los ecos son procesados para mostrarlos finalmente por pantalla. Todos hemos visto cómo los médicos aplican un gel sobre la piel antes de producir los ultrasonidos, pues bien, este gel no es más que un material que sirve a modo de acoplo de impedancias para evitar la reflexión excesiva del ultrasonido en la propia superficie de la piel. Dado que lo que se está emitiendo son pulsos ultrasónicos, en la práctica se habla de métodos diagnósticos del eco

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