Sistema ultrasónico multifrecuencia para el control de la bioincrustación

La bioincrustación es un problema antiguo en las embarcaciones. Percebes, algas y otros organismos se adhieren al casco y a los componentes sumergidos, aumentan la necesidad de limpieza y mantenimiento y, según la intensidad de la incrustación, también pueden aumentar la resistencia hidrodinámica de la embarcación.

Quitar esas incrustaciones exige mantenimiento periódico. Además del costo de sacar una embarcación del agua, la limpieza del casco debe considerar aspectos ambientales, porque la bioincrustación es reconocida como una de las vías de transporte de especies acuáticas invasoras entre regiones.

Del sonar naval al antifouling ultrasónico

La relación entre el ultrasonido y la bioincrustación marina se conoce desde hace décadas. Ya en 1947 había estudios de la Marina de los Estados Unidos sobre corrosión e incrustaciones en equipos de sonar.

La literatura técnica posterior también registra la observación, atribuida a pruebas navales realizadas desde la década de 1950, de que las zonas cercanas a los transductores de sonar tenían menos incrustaciones.

A partir de esas observaciones surgieron investigaciones y distintas tecnologías que usan energía ultrasónica para dificultar la formación de biopelícula y el asentamiento de organismos sobre superficies sumergidas.

El desafío del proyecto

ECK participó en el desarrollo de un sistema electrónico antifouling para embarcaciones, en el que uno de los principales requisitos era el bajo consumo de energía, para permitir su operación continua desde el propio sistema eléctrico de la embarcación.

Otro desafío era la naturaleza misma de la aplicación. El transductor no trabaja solo. Una vez instalado, pasa a formar parte de un conjunto formado por el transductor, su fijación, el casco y el agua. La respuesta mecánica y acústica de ese conjunto depende de muchos factores, y no conviene depender de una única frecuencia fija de operación.

La solución multifrecuencia

La solución desarrollada por ECK usa un módulo electrónico de potencia controlado por firmware para excitar transductores ultrasónicos en múltiples frecuencias.

En lugar de quedarse siempre en una sola frecuencia, el sistema recorre una tabla de frecuencias predefinidas. Esta estrategia permite excitar distintas condiciones del conjunto transductor–casco y reduce la dependencia de una única frecuencia de operación.

También permite explorar distintas bandas de frecuencia usadas en aplicaciones antifouling. Los estudios muestran que el efecto sobre la bioincrustación depende del organismo, de la frecuencia, de la intensidad acústica y de las condiciones de instalación. Por eso, el uso de múltiples frecuencias es especialmente interesante en esta aplicación.

Electrónica de potencia y control

Uno de los principales desafíos de ingeniería fue desarrollar una electrónica capaz de excitar correctamente los transductores ultrasónicos con la alimentación disponible en la embarcación.

El proyecto incluyó conversión de potencia, conmutación con MOSFET, transformadores elevadores, generación controlada de frecuencias y firmware embebido.

La electrónica convierte la energía disponible en el sistema eléctrico de la embarcación en las señales necesarias para excitar los transductores en las distintas frecuencias que define el firmware. El resultado es una solución de bajo consumo pensada para transmitir energía ultrasónica al casco en forma continua.

Cómo actúa el ultrasonido contra la bioincrustación

La energía que produce el transductor se transfiere a la estructura y al agua en contacto con el casco.

Según la frecuencia, la intensidad y las condiciones de operación, el ultrasonido puede producir vibraciones superficiales y fenómenos acústicos, incluida la cavitación, que interfieren con la formación de la biopelícula y el asentamiento de organismos incrustantes.

El objetivo no es quitar mecánicamente una capa de percebes ya establecida, sino dificultar en forma continua las condiciones necesarias para que se desarrolle la bioincrustación. Eso hace que la tecnología sea especialmente interesante como sistema preventivo.

Menos incrustación, menos mantenimiento

Para el dueño de la embarcación, reducir la formación de percebes y algas significa espaciar más las limpiezas del casco. Eso puede representar menos salidas del agua, menos raspado y pintura y menores costos de mantenimiento.

Hay además una cuestión ambiental importante. Los organismos adheridos a los cascos pueden viajar grandes distancias e introducirse en ambientes donde no existían. El control de la bioincrustación es, por lo tanto, también una de las herramientas para reducir el transporte de especies invasoras.

Ingeniería aplicada al problema

El proyecto reunió distintas competencias de ECK en un solo desarrollo. Más que generar ultrasonido, el desafío fue desarrollar un equipo de bajo consumo y capaz de trabajar con distintas frecuencias, adecuado a las particularidades de una aplicación antifouling.

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