Antiincrustante ultrasónico

El ultrasonido es un sonido con una frecuencia lo suficientemente alta como para que los humanos no lo oigan. El sonido tiene una frecuencia (de baja a alta) y una intensidad (de suave a fuerte).

El ultrasonido se utiliza para limpiar joyas, soldar caucho, tratar abscesos y realizar ecografías . Estas aplicaciones se basan en la interacción del sonido con el medio a través del cual se propaga. En aplicaciones marítimas, el ultrasonido es el componente clave de algunos sonares ; el sonar se basa en sonidos con frecuencias que van desde infrasónicas (por debajo del rango de audición humana) hasta ultrasónicas.

Las tres etapas principales de la bioincrustación son la formación de una biopelícula de acondicionamiento , la microincrustación y la macroincrustación. Una biopelícula es la acumulación de organismos unicelulares sobre una superficie. Esto crea un hábitat que permite que otros organismos se establezcan. La película de acondicionamiento acumula bacterias vivas y muertas, creando la denominada película primaria. ^{[ 3 ]}

Los dos enfoques para la protección antiincrustante por ultrasonidos son la cavitación y la subcavitación.

Cavitación: El ultrasonido de intensidad suficientemente alta hace que el agua hierva, creando cavitación . Esto aniquila físicamente los organismos vivos y la biopelícula de soporte. Una preocupación con esto es el efecto potencial en el casco. La cavitación ^{[ 4 ]} se puede predecir matemáticamente a través del cálculo de la presión acústica . Cuando esta presión es suficientemente baja, el líquido puede alcanzar su presión de vaporización , lo que resulta en vaporización localizada y formación de pequeñas burbujas; estas colapsan rápidamente y con tremenda energía y turbulencia, generando calor del orden de 5000 K (4730 °C; 8540 °F) y presiones del orden de varias atmósferas . ^{[ 5 ]} Estos sistemas son más apropiados cuando el consumo de energía no es un factor y las superficies a proteger pueden soportar las fuerzas involucradas.   

Subcavitación: El sonido hace vibrar la(s) superficie(s) (p. ej., casco, cofres de mar, enfriadores de agua) a la(s) que está fijado el transductor. Las vibraciones impiden que la fase cíprida de las especies de bioincrustación se adhiera permanentemente al sustrato al interrumpir la fuerza de Van der Waals que permite que sus microvellosidades se sujeten a la superficie. ^{[ 6 ]}

Las diferentes frecuencias e intensidades (o potencia) de las ondas ultrasónicas tienen efectos variables en diferentes tipos de vida marina, como los percebes , ^{[ 6 ]} los mejillones y las algas.

El control ultrasónico de algas es una tecnología comercial que afirma controlar la proliferación de cianobacterias , algas y bioincrustaciones en lagos y embalses mediante ultrasonido pulsado . ^{[ 7 ] [ 8 ]} Se supone que la duración de dicho tratamiento puede extenderse hasta varios meses, dependiendo del volumen de agua y la especie de alga. A pesar de la demostración experimental de ciertos bioefectos en pequeñas muestras bajo condiciones controladas de laboratorio y sonicación, aún no existe una base científica para el control ultrasónico de algas en exteriores.

Se ha especulado que el ultrasonido producido a las frecuencias de resonancia de las células o sus membranas puede provocar su ruptura. Las frecuencias centrales de los pulsos de ultrasonido utilizados en estudios académicos se encuentran entre 20 kHz y 2,5 MHz. ^{[ 9 ]} Las potencias acústicas , las presiones y las intensidades aplicadas varían desde bajas, sin afectar a los humanos, ^{[ 10 ] [ 11 ]} hasta altas, peligrosas para los nadadores. ^{[ 12 ]}

Según una investigación de la Universidad de Hull , la liberación de gases asistida por ultrasonidos de las células de algas verdeazuladas puede ocurrir a partir de células que contienen nitrógeno , pero solo en condiciones muy específicas de corta distancia que no son representativas de las aplicaciones exteriores previstas. ^{[ 13 ]} Además, un estudio de la Universidad de Wageningen sobre varias especies de algas concluyó que la mayoría de las afirmaciones sobre el control ultrasónico de algas en exteriores carecen de fundamento. ^{[ 14 ]}

Los sistemas antiincrustantes ultrasónicos generalmente solo son capaces de mantener una superficie limpia. No pueden limpiar una superficie que ya presenta una infestación de bioincrustaciones bien establecida y madura. Por lo tanto, son una medida preventiva, cuyo objetivo es mantener la superficie protegida lo más cerca posible de su estado óptimo de limpieza.

Los sistemas ultrasónicos resultan ineficaces en embarcaciones con casco de madera o de ferrocemento, ya que estos materiales amortiguan las vibraciones de los transductores. Los cascos compuestos con estructura tipo sándwich también pueden requerir modificaciones para formar bases monolíticas de material sólido en cada ubicación del transductor.