¿Qué es un transductor de ultrasonido y cómo funciona?

Cuando hablamos de una inspección por ultrasonido, es común pensar primero en el equipo que utilizamos para visualizar las señales. Sin embargo, antes de que una indicación aparezca en la pantalla, hay un elemento que hace posible que todo el proceso comience: el transductor.

Aunque a simple vista puede parecer un accesorio sencillo, el transductor cumple una función fundamental. Es el encargado de transformar la energía eléctrica que recibe del equipo en ondas ultrasónicas que pueden introducirse en el material y, posteriormente, convertir los ecos que regresan en señales eléctricas que el equipo puede interpretar.

Para entender por qué es tan importante, primero vale la pena conocer qué sucede dentro de este pequeño dispositivo.

¿Qué es un transductor de ultrasonido?

Un transductor ultrasónico es un dispositivo utilizado para generar y recibir ondas ultrasónicas durante una inspección. En otras palabras, es el punto de conexión entre el equipo de ultrasonido y la pieza que queremos examinar.

El proceso puede parecer sencillo desde el exterior: conectamos el transductor al equipo, colocamos el elemento sobre la superficie de la pieza y comenzamos a inspeccionar. Sin embargo, en ese momento está ocurriendo una serie de transformaciones de energía que permiten que el ultrasonido viaje por el interior del material y que podamos analizar lo que encuentra a su paso.

Todo comienza con una señal eléctrica enviada desde el equipo hacia el transductor. A partir de ahí entra en acción uno de sus componentes más importantes: el cristal piezoeléctrico.

El cristal piezoeléctrico: donde comienza el ultrasonido

El funcionamiento del transductor está relacionado directamente con una propiedad conocida como efecto piezoeléctrico. Algunos materiales tienen la capacidad de deformarse o vibrar cuando reciben una señal eléctrica y, a su vez, generar una señal eléctrica cuando son sometidos a una vibración mecánica.

Esta característica resulta especialmente útil para las inspecciones ultrasónicas, porque permite que el mismo principio se utilice tanto para generar como para recibir las ondas.

Cuando el equipo envía un pulso eléctrico al transductor, este llega al cristal piezoeléctrico. Como respuesta, el cristal comienza a vibrar a una determinada frecuencia. Esa vibración produce una onda mecánica de alta frecuencia que se transmite hacia el material que estamos inspeccionando.

Es precisamente esa onda la que conocemos como ultrasonido.

De esta manera, podemos entender el primer paso del proceso de una forma muy sencilla:

Señal eléctrica → vibración del cristal → onda ultrasónica

Pero generar la onda es solamente el comienzo. Lo realmente interesante ocurre cuando esa onda comienza a recorrer la pieza.

¿Qué sucede cuando el ultrasonido entra al material?

Una vez generada, la onda ultrasónica se introduce en el material y comienza a propagarse a través de él. Mientras avanza, puede encontrarse con diferentes interfaces o cambios en las características del material.

Por ejemplo, si durante su recorrido encuentra una discontinuidad, parte de la energía de la onda puede reflejarse y regresar hacia el transductor. Este fenómeno es el que permite obtener información sobre lo que está ocurriendo en el interior de la pieza sin necesidad de cortarla o dañarla.

Dependiendo de las características de la inspección, podemos buscar indicaciones asociadas con discontinuidades como grietas, inclusiones, falta de fusión u otros cambios que puedan afectar la integridad del componente.

Sin embargo, para que esa información pueda llegar hasta la pantalla del equipo, necesitamos que el transductor sea capaz de recibir el eco que regresa.

Y aquí es donde entra en juego la segunda función del cristal piezoeléctrico.

El transductor también recibe las señales

El cristal piezoeléctrico no solamente sirve para generar las ondas ultrasónicas. Cuando el eco regresa y llega nuevamente al transductor, produce una vibración en el cristal.

Gracias al efecto piezoeléctrico, esa vibración se transforma otra vez en una señal eléctrica. El equipo recibe dicha señal, la procesa y la representa en pantalla para que el inspector pueda analizarla.

Por lo tanto, el proceso completo puede entenderse como un ciclo:

Equipo → señal eléctrica → transductor → onda ultrasónica → material → eco → transductor → señal eléctrica → equipo

Aunque todo esto sucede en una fracción de segundo, es la base de una inspección por ultrasonido.

¿Por qué el transductor es tan importante en una inspección?

Precisamente porque el transductor participa tanto en la emisión como en la recepción de las ondas, sus características tienen una influencia directa en la forma en que se realiza una inspección.

No todos los materiales responden de la misma manera al ultrasonido y tampoco todas las discontinuidades se encuentran en la misma posición, orientación o profundidad. Por esta razón, las características del transductor deben corresponder con las necesidades de la aplicación.

La frecuencia, el tamaño del elemento activo, el ángulo del haz y el tipo de transductor, entre otros factores, pueden influir en la forma en que la energía ultrasónica entra y se propaga dentro de la pieza.

Por ejemplo, una inspección en la que se necesita examinar una zona cercana a la superficie puede requerir características diferentes a las de una inspección en un material de mayor espesor. De la misma manera, la geometría de una pieza puede hacer necesario utilizar un haz angular en lugar de uno recto.

Por eso, el transductor no debe considerarse simplemente como un accesorio del equipo, sino como una parte esencial del sistema de inspección.

El transductor y el equipo trabajan juntos

Para obtener una inspección adecuada, no basta con elegir un buen transductor. También es importante que exista compatibilidad entre el transductor, el equipo de ultrasonido y las características de la aplicación.

El equipo es el encargado de generar los pulsos eléctricos, recibir y procesar las señales, mientras que el transductor realiza la conversión entre energía eléctrica y energía mecánica en forma de ondas ultrasónicas.

En consecuencia, ambos trabajan de manera conjunta para obtener la información que posteriormente será interpretada por el inspector.

Además, existen diferentes tipos de transductores diseñados para necesidades específicas. Los hay de contacto, de haz recto, de haz angular, de doble cristal y con diferentes frecuencias, tamaños y configuraciones.

Esto significa que no existe un único transductor que sea adecuado para todas las inspecciones.

 

Elegir correctamente también es parte de la inspección

Entender cómo funciona un transductor nos ayuda a comprender por qué su selección tiene tanta importancia.

Una inspección por ultrasonido no consiste únicamente en colocar un transductor sobre una superficie y observar una señal en pantalla. Detrás de cada indicación existe un proceso en el que intervienen la generación de la onda, su propagación a través del material, la interacción con las discontinuidades y finalmente la recepción e interpretación del eco.

Por eso, seleccionar el transductor adecuado debe formar parte de la planificación de la inspección.

La frecuencia, el ángulo, el tamaño, la geometría de la pieza, el espesor del material y el tipo de discontinuidad que buscamos son algunos de los aspectos que deberán considerarse antes de comenzar.

Entonces, ¿todos los transductores funcionan igual?

No.

Aunque todos parten del mismo principio básico, cada tipo de transductor está diseñado para determinadas condiciones de inspección. Elegir uno u otro puede cambiar la forma en que el ultrasonido se introduce en el material y, por lo tanto, la información que podemos obtener durante el ensayo.

Por eso, conocer el funcionamiento del transductor es solamente el primer paso. El siguiente es entender qué tipos existen y cuándo conviene utilizar cada uno.

En BRÜDER NDT contamos con soluciones para inspección por ultrasonido y diferentes opciones de transductores para adaptarse a las necesidades de cada aplicación.

Porque una inspección confiable no comienza cuando aparece una señal en la pantalla; comienza mucho antes, con la correcta selección y preparación de cada elemento que forma parte del ensayo.