Download Lavadora por ultrasonido_2014 - DEA

Facultad de Ingeniería - U.N.S.J
Aplicaciones Industriales de Ultrasonido
Trabajo Final de Materia:
“Lavadora Ultrasónica”
Alumnos:
Garcia, Lucas
Reg.: 24228
Raschi, Martin
Reg.: 24043
Zalazar, Lucas
Reg.: 24046
i
Contenido
1.
Objetivos ............................................................................................................................................... 1
2.
Introducción .......................................................................................................................................... 1
3.
Diseño ................................................................................................................................................... 2
3.1
Transductor ................................................................................................................................... 2
3.2
Oscilador de potencia ................................................................................................................... 3
3.3
Recipiente y estructura ................................................................................................................. 6
4.
Resultados ............................................................................................................................................. 7
5.
Conclusión ............................................................................................................................................. 7
ii
1. Objetivos
•
•
•
•
Investigación acerca de la aplicación de ultrasonido en técnicas de limpieza.
Conocer el principio de funcionamiento de un transductor de ultrasonido
piezoeléctrico.
Diseño y realización de un prototipo de lavadora ultrasónica con el fin realizar
ensayos.
Conclusiones de los ensayos de limpieza realizados.
2. Introducción
Un limpiador ultrasónico es un dispositivo de limpieza que utiliza ultrasonidos y una
adecuada solución de limpieza para limpiar objetos delicados. El ultrasonido no es efectivo sin
la solución de limpieza; existe una solución apropiada para cada objeto y la suciedad a limpiar.
En un limpiador ultrasónico, el objeto a limpiar se coloca en un recipiente que contiene un
líquido conductor de ultrasonidos (una solución acuosa o disolvente orgánico, en función del
objeto a limpiar). En los limpiadores acuosos, el producto químico añadido es un tenso
activo que rompe la tensión superficial del agua de la base. Un generador de ultrasonidos
(transductor) incorporado en el recipiente, o sumergido en el fluido, produce ondas
ultrasónicas en el mismo. El transductor recibirá una corriente eléctrica alterna equivalente a la
frecuencia de resonancia del material piezoeléctrico, que provocara cambios cíclicos de
contracción-expansión de su red cristalina, transformando la energía recibida en vibraciones
mecánicas equivalentes a la frecuencia aplicada (Ver figura 1).
Figura 1 - Funcionamiento del transductor
1
Las lavadoras a menudo son empleadas para la limpieza de joyas, lentes y otras
piezas ópticas, monedas, relojes, de instrumentos quirúrgicos, piezas industriales y equipos
electrónicos.
3. Diseño
La realización del prototipo se abordó de la siguiente manera:
• Transductor
• Oscilador de potencia
• Recipiente y estructura
3.1
Transductor
Los transductores son generalmente de material piezoeléctrico (por ejemplo, zirconate titanato
de plomo o titanato de bario), y, a veces, magnetoestrictivos (hechos de un material como
el níquel o la ferrita). Los productos químicos frecuentemente utilizados como limpiadores en
muchas industrias son necesarios, o utilizados en concentraciones mucho más bajas, con
agitación ultrasónica. El ultrasonido se utiliza para la limpieza industrial, en muchos centros
médicos y dentales, y en técnicas de los procesos industriales.
En base a las recomendaciones del profesor, se utilizó un transductor de ultrasonido de
material piezoeléctrico (ver figura 2), el cual es utilizado como repuesto en nebulizadores.
Debido a que no se conocen los parámetros específicos del transductor se aplicó una señal
senoidal y se fue variando la frecuencia hasta que el transductor entro en resonancia.
Características generales:
•
•
•
•
•
Diámetro: 25mm
Frecuencia: 1.7MHz
Capacitancia: 1700± 20% pf
Impedancia: ≤ 2.0Ω
Perdidas dieléctrica: ≤ 0.5%
Figura 2 - Transductor ultrasónico
2
3.2
Oscilador de potencia
De acuerdo a las características del transductor se implementó un circuito descargado de la web que
utilizaba este tipo de transductor, y al realizar pruebas se observó que si bien emitía ultrasonido
presentaba el inconveniente que no lo hacía a la frecuencia de resonancia del transductor y además se
perdía mucha potencia en calor(ver figuras 3, 4 y 5).
Figura 3 - Esquemático
Figura 4 - Onda de entrada al transductor
3
Figura 5 - Circuito Implementado
Debido a estos problemas presentados se buscó un circuito con mayor rendimiento en la potencia
entregada y con una sintonización más precisa. El siguiente circuito permite ajustar la amplitud de la
salida del oscilador (ver figuras 6, 7 y 8).
Figura 6 - Esquemático
4
Figura 7 - Onda de entrada al transductor
Figura 8 - Circuito implementado
5
3.3
Recipiente y estructura
El transductor se encuentra contenido en un recipiente de plástico en contacto directo con la solución
de limpieza, aislado uno de los terminales del transductor con respecto del otro mediante un material
hidrófugo para evitar ingreso o filtraciones de líquido. El circuito realizado se encuentra ubicado en una
caja estanco de PVC 15cm x 15cm x 8cm (ver figuras 9, 10 y 11).
Figura 10. Vista del sistema desarrollado
Figura 9. Detalle del recipiente donde se encuentra el
tansductor
Figura 11. Circuito y fuente de alimentación
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4. Resultados
Una vez realizado y montado el circuito en la estructura procedimos a realizar pruebas con distintos
tipos de soluciones entre ellas:
1)
2)
3)
4)
5)
Agua
Agua destilada
Agua destilada con detergente
Solución fisiológica
Agua con liquido limpiador anti grasa
Objetos de prueba:
1) Tuerca con grasa
2) Moneda con tinta
3) Papel aluminio con lápiz de grafito
Tiempo de exposición: 5 minutos
Cantidad de solución: 250 ml.
Los resultados obtenidos no fueron los esperados ya que no pudimos verificar limpieza alguna
de los objetos mencionados. Si bien la cavitación se produce y existe un movimiento visible de la
solución no es suficiente para realizar dicha limpieza.
El tiempo de prueba se debe a que el transistor de potencia alcanza una temperatura elevada
con lo cual el mismo corre el riesgo de sufrir algún daño.
5. Conclusión
Se logró cumplir con los objetivos planteados con respecto al diseño del prototipo de la lavadora
ultrasónica. No logramos realizar una limpieza, pensamos que para lograr la misma se necesita un
oscilador y transductor de mayor potencia o bien realizar un estudio de distintas soluciones de
limpieza para determinar cuál es la más adecuada.
En este proyecto se podría seguir investigando y realizando distintas pruebas, ya que es un tema
muy amplio.
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