Un estudio de la eficiencia de operación del transductor multicapas piezocerámico excitado en modo espesor

Abstract

Resumen—En la actualidad existe un interés creciente por el uso de ultrasonido de potencia de alta frecuencia en numerosas aplicaciones, incluyendo industriales y de desarrollo sostenible. Este trabajo presenta un estudio numérico de la eficiencia de operación del transductor multicapas piezocerámico de potencia excitado en modo espesor. El transductor se compone de un conjunto de capas o anillos piezocerámicos con masas frontal y trasera metálicas, dispuestos concéntricamente y acoplados acústicamente. Teniendo en cuenta el modo de excitación, las dimensiones laterales del dispositivo resultante deben ser mucho mayores que su espesor. Se demuestra como una ventaja importante la posibilidad de un incremento significativo de la eficiencia del transductor cuando es operado a la frecuencia de antirresonancia, en contraposición al funcionamiento tradicional de éste a la frecuencia de resonancia, pese a que el mismo resultado no es alcanzado por el transductor compuesto de una sola capa piezocerámica y diseñado para iguales propósitos. Cuantitativamente, se calculó que un transductor multicapas piezocerámico excitado en modo espesor a la frecuencia de antirresonancia, disminuye las pérdidas internas de potencia en aproximadamente 47% en referencia a su operación a la frecuencia de resonancia, para una aproximación lineal del sistema de generación de ultrasonido.

Palabras Claves: ultrasonido; transductor piezocerámico; transductor de potencia multicapas; pérdidas piezoeléctricas; piezoelectricidad; desarrollo sostenible