El ultrasonido es sonido con frecuencias superiores a 20 kilohercios . [1] Esta frecuencia es el límite audible superior aproximado de la audición humana en adultos jóvenes sanos. Los principios físicos de las ondas acústicas se aplican a cualquier rango de frecuencia, incluido el ultrasonido. Los dispositivos ultrasónicos funcionan con frecuencias desde 20 kHz hasta varios gigahercios.
El ultrasonido se utiliza en muchos campos diferentes. Los dispositivos ultrasónicos se utilizan para detectar objetos y medir distancias. La ecografía o la ecografía se utilizan a menudo en medicina. En las pruebas no destructivas de productos y estructuras, se utiliza ultrasonido para detectar defectos invisibles. Industrialmente, el ultrasonido se utiliza para limpiar, mezclar y acelerar procesos químicos. Animales como los murciélagos y las marsopas utilizan ultrasonidos para localizar presas y obstáculos. [2]
La acústica , la ciencia del sonido , se remonta a Pitágoras en el siglo VI a. C., quien escribió sobre las propiedades matemáticas de los instrumentos de cuerda . La ecolocalización en los murciélagos fue descubierta por Lazzaro Spallanzani en 1794, cuando demostró que los murciélagos cazaban y se orientaban mediante sonidos inaudibles, no mediante visión. Francis Galton en 1893 inventó el silbato Galton , un silbato ajustable que producía ultrasonido, que utilizó para medir el rango auditivo de los humanos y otros animales, demostrando que muchos animales podían escuchar sonidos por encima del rango auditivo de los humanos.
El primer artículo sobre la historia del ultrasonido fue escrito en 1948. [3] Según su autor, durante la Primera Guerra Mundial , un ingeniero ruso llamado Chilowski presentó al gobierno francés una idea para la detección de submarinos. Este último invitó a Paul Langevin , entonces director de la Escuela de Física y de Química de París, a evaluarlo. La propuesta de Chilowski era excitar un condensador de mica cilíndrico mediante un arco de Poulsen de alta frecuencia a aproximadamente 100 kHz y así generar un haz de ultrasonido para detectar objetos sumergidos. La idea de localizar obstáculos submarinos ya había sido sugerida por LF Richardson, tras el desastre del Titanic . Richardson había propuesto colocar un silbato hidráulico de alta frecuencia en el foco de un espejo y utilizar el haz para localizar peligros para la navegación sumergidos. Sir Charles Parsons , el inventor de la turbina de vapor, construyó un prototipo , pero se descubrió que el dispositivo no era adecuado para este propósito. El dispositivo de Langevin utilizaba el efecto piezoeléctrico , que conocía cuando era estudiante en el laboratorio de Jacques y Pierre Curie . [4] Langevin calculó y construyó un transductor de ultrasonido que comprende una delgada lámina de cuarzo intercalada entre dos placas de acero. Langevin fue el primero en informar sobre los bioefectos de la ecografía relacionados con la cavitación . [5]
El Instituto Nacional Estadounidense de Estándares define el ultrasonido como " sonido en frecuencias superiores a 20 kHz". En el aire a presión atmosférica, las ondas ultrasónicas tienen longitudes de onda de 1,9 cm o menos.
Los ultrasonidos se pueden generar a frecuencias muy altas; El ultrasonido se utiliza para la sonoquímica en frecuencias de hasta varios cientos de kilohercios. [6] [7] Los equipos de imágenes médicas utilizan frecuencias en el rango de MHz. [8] Se han generado ondas de ultrasonido UHF de hasta el rango de gigahercios. [9] [10] [11]
La caracterización de ultrasonidos de frecuencia extremadamente alta plantea desafíos, ya que un movimiento tan rápido hace que las formas de onda se intensifiquen y formen ondas de choque . [12]
El límite superior de frecuencia en humanos (aproximadamente 20 kHz) se debe a limitaciones del oído medio . La sensación auditiva puede ocurrir si se introduce ultrasonido de alta intensidad directamente en el cráneo humano y llega a la cóclea a través de conducción ósea , sin pasar por el oído medio. [13]
Los niños pueden oír algunos sonidos agudos que los adultos mayores no pueden oír, porque en los seres humanos el tono límite superior de la audición tiende a disminuir con la edad. [14] Una compañía estadounidense de telefonía móvil ha utilizado esto para crear señales de timbre que supuestamente sólo son audibles para los humanos más jóvenes, [15] pero muchas personas mayores pueden oír las señales, lo que puede deberse a la considerable variación del deterioro relacionado con la edad en el umbral auditivo superior.
Los murciélagos utilizan una variedad de técnicas de alcance ultrasónico ( ecolocalización ) para detectar a sus presas. Pueden detectar frecuencias superiores a 100 kHz, posiblemente hasta 200 kHz. [dieciséis]
Muchos insectos tienen buena audición ultrasónica y la mayoría de ellos son insectos nocturnos que escuchan a los murciélagos que se ecolocalizan. Estos incluyen muchos grupos de polillas , escarabajos , mantis religiosas y crisopas . Al escuchar un murciélago, algunos insectos realizarán maniobras evasivas para evitar ser atrapados. [17] Las frecuencias ultrasónicas desencadenan una acción refleja en la polilla noctuida que hace que caiga ligeramente en su vuelo para evadir el ataque. [18] Las polillas tigre también emiten clics que pueden perturbar la ecolocalización de los murciélagos, [19] [20] y en otros casos pueden anunciar el hecho de que son venenosas al emitir sonido. [21] [22]
El rango de audición de perros y gatos se extiende hasta el ultrasonido; el extremo superior del rango auditivo de un perro es de aproximadamente 45 kHz, mientras que el de un gato es de 64 kHz. [23] [24] Los ancestros salvajes de los gatos y los perros desarrollaron este rango auditivo más alto para escuchar sonidos de alta frecuencia emitidos por sus presas preferidas, los pequeños roedores. [23] Un silbato para perros es un silbato que emite ultrasonidos y se utiliza para entrenar y llamar a los perros. La frecuencia de la mayoría de los silbatos para perros está dentro del rango de 23 a 54 kHz. [25]
Las ballenas dentadas , incluidos los delfines , pueden oír ultrasonidos y utilizar dichos sonidos en su sistema de navegación ( biosonar ) para orientarse y capturar a sus presas. [26] Las marsopas tienen el límite superior de audición más alto conocido, alrededor de 160 kHz. [27] Varios tipos de peces pueden detectar ultrasonido. En el orden Clupeiformes , se ha demostrado que los miembros de la subfamilia Alosinae ( sábalo ) pueden detectar sonidos de hasta 180 kHz, mientras que las otras subfamilias (por ejemplo, los arenques ) solo pueden escuchar hasta 4 kHz. [28]
No se ha informado de que ninguna especie de ave sea sensible a los ultrasonidos. [29]
Se han vendido sistemas ultrasónicos comerciales para el supuesto control electrónico de plagas en interiores y para el control ultrasónico de algas en exteriores . Sin embargo, no existe evidencia científica sobre el éxito de dichos dispositivos para estos fines. [30] [31] [32]
Un nivel ultrasónico o un sistema de detección no requiere contacto con el objetivo. Para muchos procesos en las industrias médica, farmacéutica, militar y en general, esto es una ventaja sobre los sensores en línea que pueden contaminar los líquidos dentro de un recipiente o tubo o que pueden obstruirse con el producto.
Se utilizan tanto sistemas de onda continua como pulsados. El principio detrás de la tecnología de ultrasonido pulsado es que la señal de transmisión consiste en breves ráfagas de energía ultrasónica. Después de cada ráfaga, la electrónica busca una señal de retorno dentro de un pequeño período de tiempo correspondiente al tiempo que tarda la energía en pasar a través del recipiente. Sólo una señal recibida durante este período calificará para procesamiento de señal adicional.
Una aplicación popular de consumo de alcance ultrasónico fue la cámara Polaroid SX-70 , que incluía un sistema de transductor liviano para enfocar la cámara automáticamente. Posteriormente, Polaroid obtuvo la licencia de esta tecnología de ultrasonido y se convirtió en la base de una variedad de productos ultrasónicos.
Una aplicación de ultrasonido común es un abridor de puerta automático, donde un sensor ultrasónico detecta el acercamiento de una persona y abre la puerta. Los sensores ultrasónicos también se utilizan para detectar intrusos; el ultrasonido puede cubrir un área amplia desde un solo punto. El flujo en tuberías o canales abiertos se puede medir mediante caudalímetros ultrasónicos, que miden la velocidad promedio del líquido que fluye. En reología , un reómetro acústico se basa en el principio del ultrasonido. En mecánica de fluidos , el flujo de fluido se puede medir utilizando un medidor de flujo ultrasónico .
Las pruebas ultrasónicas son un tipo de prueba no destructiva que se usa comúnmente para encontrar fallas en materiales y medir el espesor de objetos. Las frecuencias de 2 a 10 MHz son comunes, pero para propósitos especiales se utilizan otras frecuencias. La inspección puede ser manual o automatizada y es una parte esencial de los procesos de fabricación modernos. Se pueden inspeccionar la mayoría de los metales, así como los plásticos y los compuestos aeroespaciales . También se pueden utilizar ultrasonidos de baja frecuencia (50–500 kHz) para inspeccionar materiales menos densos como madera, hormigón y cemento .
La inspección por ultrasonido de uniones soldadas ha sido una alternativa a la radiografía para pruebas no destructivas desde la década de 1960. La inspección ultrasónica elimina el uso de radiaciones ionizantes, con beneficios de seguridad y costos. El ultrasonido también puede proporcionar información adicional, como la profundidad de los defectos en una unión soldada. La inspección ultrasónica ha pasado de métodos manuales a sistemas computarizados que automatizan gran parte del proceso. Una prueba ultrasónica de una articulación puede identificar la existencia de defectos, medir su tamaño e identificar su ubicación. No todos los materiales soldados son igualmente susceptibles de inspección ultrasónica; Algunos materiales tienen un tamaño de grano grande que produce un alto nivel de ruido de fondo en las mediciones. [33]
La medición de espesor por ultrasonidos es una técnica utilizada para controlar la calidad de las soldaduras.
Un uso común del ultrasonido es la medición de distancias bajo el agua ; este uso también se llama sonar . Se genera un pulso ultrasónico en una dirección particular. Si hay un objeto en la trayectoria de este pulso, parte o la totalidad del pulso se reflejará de regreso al transmisor como un eco y podrá detectarse a través de la trayectoria del receptor. Midiendo la diferencia de tiempo entre el pulso que se transmite y el eco que se recibe, es posible determinar la distancia.
El tiempo de viaje medido de los pulsos del sonar en el agua depende en gran medida de la temperatura y la salinidad del agua. El alcance ultrasónico también se aplica para mediciones en el aire y para distancias cortas. Por ejemplo, las herramientas de medición ultrasónicas portátiles pueden medir rápidamente la distribución de las habitaciones.
Aunque la medición de distancia bajo el agua se realiza en frecuencias subaudibles y audibles para grandes distancias (de 1 a varios kilómetros), la medición de distancia ultrasónica se utiliza cuando las distancias son más cortas y se desea que la precisión de la medición de la distancia sea más fina. Las mediciones ultrasónicas pueden estar limitadas a través de capas de barrera con grandes diferencias de salinidad, temperatura o vórtices. El alcance en el agua varía entre cientos y miles de metros, pero se puede realizar con una precisión de centímetros a metros.
La identificación por ultrasonido (USID) es una tecnología de sistema de localización en tiempo real (RTLS) o sistema de posicionamiento en interiores (IPS) que se utiliza para rastrear e identificar automáticamente la ubicación de objetos en tiempo real utilizando nodos simples y económicos (insignias/etiquetas) adheridos o integrados. en objetos y dispositivos, que luego transmiten una señal de ultrasonido para comunicar su ubicación a los sensores de los micrófonos.
Sergei Sokolov reconoció en 1939 el potencial de la obtención de imágenes ultrasónicas de objetos, en las que una onda sonora de 3 GHz podría producir una resolución comparable a una imagen óptica. Tales frecuencias no eran posibles en ese momento, y la tecnología que existía producía frecuencias relativamente bajas. contrastar imágenes con poca sensibilidad. [34] Las imágenes ultrasónicas utilizan frecuencias de 2 megahercios y superiores; la longitud de onda más corta permite la resolución de pequeños detalles internos en estructuras y tejidos. La densidad de potencia es generalmente inferior a 1 vatio por centímetro cuadrado para evitar efectos de calentamiento y cavitación en el objeto examinado. [35] Las aplicaciones de imágenes ultrasónicas incluyen pruebas industriales no destructivas, control de calidad y usos médicos. [34]
La microscopía acústica es la técnica que utiliza ondas sonoras para visualizar estructuras demasiado pequeñas para ser resueltas por el ojo humano. En los microscopios acústicos se utilizan frecuencias altas y ultraaltas de hasta varios gigahercios. La reflexión y difracción de ondas sonoras de estructuras microscópicas puede producir información que no está disponible con la luz.
La ecografía médica es una técnica de diagnóstico por imágenes médicas basada en ultrasonido que se utiliza para visualizar músculos, tendones y muchos órganos internos para capturar su tamaño, estructura y cualquier lesión patológica con imágenes tomográficas en tiempo real. Los radiólogos y ecografistas han utilizado el ultrasonido para obtener imágenes del cuerpo humano durante al menos 50 años y se ha convertido en una herramienta de diagnóstico ampliamente utilizada. La tecnología es relativamente económica y portátil, especialmente en comparación con otras técnicas, como la resonancia magnética (MRI) y la tomografía computarizada (CT). La ecografía también se utiliza para visualizar fetos durante la atención prenatal de rutina y de emergencia . Estas aplicaciones de diagnóstico utilizadas durante el embarazo se denominan ecografía obstétrica . Tal como se aplica actualmente en el campo médico, la ecografía realizada correctamente no presenta riesgos conocidos para el paciente. [36] La ecografía no utiliza radiación ionizante y los niveles de potencia utilizados para las imágenes son demasiado bajos para causar efectos adversos de calentamiento o presión en el tejido. [37] [38] Aunque aún se desconocen los efectos a largo plazo debido a la exposición al ultrasonido con intensidad diagnóstica, [39] actualmente la mayoría de los médicos consideran que los beneficios para los pacientes superan los riesgos. [40] Se ha defendido el principio ALARA (tan bajo como sea razonablemente posible) para un examen de ultrasonido, es decir, mantener el tiempo de escaneo y los ajustes de potencia lo más bajos posible pero consistentes con el diagnóstico por imágenes, y que según ese principio los usos no médicos, que por definición no son necesarios y se desaconsejan activamente. [41]
El ultrasonido también se utiliza cada vez más en casos de traumatismos y primeros auxilios, y el ultrasonido de emergencia se está convirtiendo en un elemento básico de la mayoría de los equipos de respuesta de EMT. Además, la ecografía se utiliza en casos de diagnóstico remoto en los que se requiere teleconsulta , como experimentos científicos en el espacio o diagnóstico de equipos deportivos móviles. [42]
Según RadiologyInfo, [43] las ecografías son útiles en la detección de anomalías pélvicas y pueden implicar técnicas conocidas como ecografía abdominal (transabdominal), ecografía vaginal (transvaginal o endovaginal) en mujeres y también ecografía rectal (transrectal) en hombres.
El ultrasonido de diagnóstico se utiliza externamente en caballos para la evaluación de lesiones de tejidos blandos y tendones, e internamente en particular para el trabajo reproductivo: evaluación del tracto reproductivo de la yegua y detección de preñez. [44] También puede usarse de manera externa en sementales para la evaluación de la condición y el diámetro testicular, así como internamente para la evaluación reproductiva (conducto deferente, etc.). [45]
En 2005, la industria del ganado vacuno comenzó a utilizar la tecnología de ultrasonido para mejorar la salud animal y el rendimiento de las operaciones ganaderas. [46] El ultrasonido se utiliza para evaluar el espesor de la grasa, el área del ojo de costilla y la grasa intramuscular en animales vivos. [47] También se utiliza para evaluar la salud y las características de los terneros no nacidos.
La tecnología de ultrasonido proporciona un medio para que los productores de ganado obtengan información que puede utilizarse para mejorar la cría y la cría de ganado. La tecnología puede ser costosa y requiere un compromiso de tiempo sustancial para la recopilación continua de datos y la capacitación de los operadores. [47] Sin embargo, esta tecnología ha demostrado ser útil en la gestión y funcionamiento de una operación de cría de ganado. [46]
Las aplicaciones de ultrasonido de alta potencia suelen utilizar frecuencias entre 20 kHz y unos pocos cientos de kHz. Las intensidades pueden ser muy altas; Por encima de 10 vatios por centímetro cuadrado, se puede inducir cavitación en medios líquidos y algunas aplicaciones utilizan hasta 1000 vatios por centímetro cuadrado. Intensidades tan altas pueden inducir cambios químicos o producir efectos significativos por acción mecánica directa y pueden inactivar microorganismos dañinos. [35]
El ultrasonido ha sido utilizado desde la década de 1940 por fisioterapeutas y ocupacionales para tratar el tejido conectivo : ligamentos , tendones y fascias (y también tejido cicatricial ). [48] Las afecciones para las que se puede utilizar el ultrasonido para el tratamiento incluyen los siguientes ejemplos: esguinces de ligamentos, distensiones musculares , tendinitis , inflamación de las articulaciones, fascitis plantar , metatarsalgia , irritación facetaria, síndrome de pinzamiento , bursitis , artritis reumatoide , osteoartritis y adhesión del tejido cicatricial. .
Los ultrasonidos de potencia relativamente alta pueden romper depósitos pedregosos o tejido, aumentar la permeabilidad de la piel, acelerar el efecto de los medicamentos en un área específica, ayudar en la medición de las propiedades elásticas del tejido y pueden usarse para clasificar células o partículas pequeñas para investigación. [49]
El tratamiento por impacto ultrasónico (UIT) utiliza ultrasonido para mejorar las propiedades mecánicas y físicas de los metales. [50] Es una técnica de procesamiento metalúrgico en la que se aplica energía ultrasónica a un objeto metálico. El tratamiento ultrasónico puede dar como resultado una tensión de compresión residual controlada, un refinamiento del grano y una reducción del tamaño del grano. La fatiga de ciclo alto y bajo aumenta y se ha documentado que proporciona aumentos hasta diez veces mayores que los especímenes sin UIT. Además, la UIT ha demostrado ser eficaz para abordar el agrietamiento por corrosión bajo tensión , la fatiga por corrosión y problemas relacionados.
Cuando la herramienta UIT, compuesta por el transductor ultrasónico, pasadores y otros componentes, entra en contacto con la pieza de trabajo, se acopla acústicamente con la pieza de trabajo, creando resonancia armónica. [51] Esta resonancia armónica se realiza a una frecuencia cuidadosamente calibrada, a la que los metales responden muy favorablemente.
Dependiendo de los efectos deseados del tratamiento, se aplica una combinación de diferentes frecuencias y amplitudes de desplazamiento. Estas frecuencias oscilan entre 25 y 55 kHz, [52] con la amplitud de desplazamiento del cuerpo resonante entre 22 y 50 µm (0,00087 y 0,0020 in).
Los dispositivos UIT dependen de transductores magnetoestrictivos .
La ultrasónica ofrece un gran potencial en el procesamiento de líquidos y lodos, al mejorar la mezcla y las reacciones químicas en diversas aplicaciones e industrias. La ultrasónica genera ondas alternas de baja y alta presión en los líquidos, lo que lleva a la formación y al colapso violento de pequeñas burbujas de vacío . Este fenómeno se denomina cavitación y provoca chorros de líquido que inciden a alta velocidad y fuertes fuerzas de corte hidrodinámicas. Estos efectos se utilizan para la desaglomeración y molienda de materiales de tamaño micrométrico y nanométrico, así como para la desintegración de células o la mezcla de reactivos. En este aspecto, la ultrasonicación es una alternativa a los mezcladores de alta velocidad y los molinos de perlas agitadores. Las láminas ultrasónicas debajo del alambre en movimiento en una máquina de papel utilizarán las ondas de choque de las burbujas que implosionan para distribuir las fibras de celulosa de manera más uniforme en la banda de papel producida, lo que producirá un papel más resistente con superficies más uniformes. Además, las reacciones químicas se benefician de los radicales libres creados por la cavitación, así como del aporte de energía y la transferencia de material a través de las capas límite. Para muchos procesos, este efecto sonoquímico (ver sonoquímica ) conduce a una reducción sustancial del tiempo de reacción, como en la transesterificación del petróleo en biodiesel . [ cita necesaria ]
Se requiere una intensidad ultrasónica sustancial y altas amplitudes de vibración ultrasónica para muchas aplicaciones de procesamiento, como nanocristalización, nanoemulsificación, desaglomeración , extracción, disrupción celular y muchas otras. Por lo general, primero se prueba un proceso a escala de laboratorio para demostrar su viabilidad y establecer algunos de los parámetros de exposición ultrasónica requeridos. Una vez completada esta fase, el proceso se transfiere a una escala piloto (banco) para la optimización del flujo de preproducción y luego a una escala industrial para la producción continua. Durante estos pasos de ampliación, es esencial asegurarse de que todas las condiciones de exposición locales (amplitud ultrasónica, intensidad de cavitación , tiempo pasado en la zona de cavitación activa, etc.) permanezcan iguales. Si se cumple esta condición, la calidad del producto final permanece en el nivel optimizado, mientras que la productividad aumenta mediante un "factor de escala" predecible. El aumento de la productividad se debe a que los sistemas procesadores ultrasónicos de laboratorio, de mesa y a escala industrial incorporan bocinas ultrasónicas cada vez más grandes , capaces de generar zonas de cavitación de alta intensidad cada vez más grandes y, por tanto, de procesar más material por unidad de tiempo. A esto se le llama "escalabilidad directa". Es importante señalar que el aumento de la potencia del procesador ultrasónico por sí solo no da como resultado una escalabilidad directa, ya que puede ir (y frecuentemente va) acompañado de una reducción en la amplitud ultrasónica y la intensidad de la cavitación. Durante el escalado directo, se deben mantener todas las condiciones de procesamiento, mientras se aumenta la potencia nominal del equipo para permitir el funcionamiento de una bocina ultrasónica más grande. [54] [55] [56]
El investigador del Instituto de Investigación de Materiales Industriales, Alessandro Malutta, ideó un experimento que demostró la acción de captura de las ondas estacionarias ultrasónicas sobre fibras de pulpa de madera diluidas en agua y su orientación paralela en planos de presión equidistantes. [57] El tiempo necesario para orientar las fibras en planos equidistantes se mide con un láser y un sensor electroóptico. Esto podría proporcionar a la industria papelera un sistema rápido de medición del tamaño de las fibras en línea. En la Universidad Estatal de Pensilvania se demostró una implementación algo diferente utilizando un microchip que generaba un par de ondas acústicas de superficie perpendiculares que permitían posicionar partículas equidistantes entre sí en una cuadrícula. Este experimento, llamado pinzas acústicas , puede utilizarse para aplicaciones en ciencias de materiales, biología, física, química y nanotecnología.
Los limpiadores ultrasónicos , a veces erróneamente llamados limpiadores supersónicos , se utilizan en frecuencias de 20 a 40 kHz para joyería, lentes y otras piezas ópticas, relojes, instrumentos dentales , instrumentos quirúrgicos , reguladores de buceo y piezas industriales. Un limpiador ultrasónico funciona principalmente con la energía liberada por el colapso de millones de burbujas microscópicas de cavitación cerca de la superficie sucia. Las burbujas que colapsan forman pequeñas ondas de choque que rompen y dispersan los contaminantes en la superficie del objeto.
De manera similar a la limpieza ultrasónica, las células biológicas, incluidas las bacterias, se pueden desintegrar. Los ultrasonidos de alta potencia producen cavitación que facilita la desintegración o reacciones de las partículas. Esto tiene usos en ciencias biológicas con fines analíticos o químicos ( sonicación y sonoporación ) y para matar bacterias en aguas residuales. El ultrasonido de alta potencia puede desintegrar la lechada de maíz y mejorar la licuefacción y la sacarificación para obtener un mayor rendimiento de etanol en las plantas de molienda de maíz seco. [58] [59]
El humidificador ultrasónico, un tipo de nebulizador (un dispositivo que crea un rocío muy fino), es un tipo popular de humidificador. Funciona haciendo vibrar una placa de metal a frecuencias ultrasónicas para nebulizar (a veces incorrectamente llamado "atomizar") el agua. Debido a que el agua no se calienta para la evaporación, produce una niebla fría. Las ondas de presión ultrasónica nebulizan no solo el agua sino también los materiales que contiene, incluido el calcio, otros minerales, virus, hongos, bacterias [60] y otras impurezas. Las enfermedades causadas por las impurezas que residen en el depósito de un humidificador se incluyen bajo el título "Fiebre del humidificador".
Los humidificadores ultrasónicos se utilizan con frecuencia en aeroponía , donde generalmente se les conoce como nebulizadores .
En la soldadura ultrasónica de plásticos, se utiliza vibración de baja amplitud de alta frecuencia (15 kHz a 40 kHz) para generar calor mediante la fricción entre los materiales que se van a unir. La interfaz de las dos partes está especialmente diseñada para concentrar la energía y lograr la máxima resistencia de la soldadura.
En química se utiliza ultrasonido de potencia en el rango de 20 a 100 kHz. El ultrasonido no interactúa directamente con las moléculas para inducir el cambio químico, ya que su longitud de onda típica (en el rango milimétrico) es demasiado larga en comparación con las moléculas. En cambio, la energía provoca cavitación que genera temperaturas y presiones extremas en el líquido donde ocurre la reacción. El ultrasonido también rompe los sólidos y elimina las capas pasivantes de material inerte para proporcionar una superficie más grande para que se produzca la reacción. Ambos efectos hacen que la reacción sea más rápida. En 2008, Atul Kumar informó sobre la síntesis de ésteres de Hantzsch y derivados de polihidroquinolina mediante un protocolo de reacción de múltiples componentes en micelas acuosas mediante ultrasonido. [61]
En la extracción se utiliza el ultrasonido , utilizando diferentes frecuencias.
Cuando se aplica en configuraciones específicas, el ultrasonido puede producir breves ráfagas de luz en un fenómeno conocido como sonoluminiscencia . Este fenómeno se está investigando en parte debido a la posibilidad de fusión de burbujas (una reacción de fusión nuclear que se supone que ocurre durante la sonoluminiscencia).
El ultrasonido se utiliza para caracterizar partículas mediante la técnica de espectroscopia de atenuación de ultrasonido o mediante la observación de fenómenos electroacústicos o mediante ultrasonido pulsado transcraneal .
El audio se puede propagar mediante ultrasonido modulado .
Una aplicación de ultrasonido que anteriormente era popular entre los consumidores eran los controles remotos de televisión para ajustar el volumen y cambiar de canal. Introducido por Zenith a finales de la década de 1950, el sistema utilizaba un control remoto de mano que contenía resonadores de varilla corta golpeados por pequeños martillos y un micrófono en el aparato. Los filtros y detectores discriminaban entre las distintas operaciones. Las principales ventajas eran que no se necesitaba batería en la caja de control portátil y, a diferencia de las ondas de radio , era poco probable que el ultrasonido afectara a los aparatos vecinos. El ultrasonido permaneció en uso hasta que fue desplazado por los sistemas infrarrojos a partir de finales de los años 1980. [62]
En julio de 2015, The Economist informó que investigadores de la Universidad de California en Berkeley habían realizado estudios de ultrasonido utilizando diafragmas de grafeno . La delgadez y el bajo peso del grafeno, combinados con su resistencia, lo convierten en un material eficaz para utilizar en comunicaciones por ultrasonido. Una aplicación sugerida de la tecnología serían las comunicaciones submarinas, donde las ondas de radio normalmente no viajan bien. [63]
Las señales ultrasónicas se han utilizado en "balizas de audio" para el seguimiento de usuarios de Internet entre dispositivos . [64] [65]
La exposición ocupacional a ultrasonidos superiores a 120 dB puede provocar pérdida de audición. La exposición superior a 155 dB puede producir efectos de calentamiento que son perjudiciales para el cuerpo humano y se ha calculado que exposiciones superiores a 180 dB pueden provocar la muerte. [66] El Grupo Asesor independiente sobre Radiaciones No Ionizantes del Reino Unido (AGNIR) elaboró un informe en 2010, que fue publicado por la Agencia de Protección de la Salud del Reino Unido (HPA). Este informe recomendó un límite de exposición para el público en general a niveles de presión sonora (SPL) de ultrasonidos en el aire de 70 dB (a 20 kHz) y 100 dB (a 25 kHz y superiores). [67]
En la ecografía médica , existen pautas para evitar que se produzca la cavitación inercial. El riesgo de daño por cavitación inercial se expresa mediante el índice mecánico .
