UNIVERSITAT POLITÈCNICA DE
VALÈNCIA
ESCOLA TÈCNICA SUPERIOR D´ENGINYERIA
AGRONÒMICA I DEL MEDI NATURAL
CARACTERIZACIÓN DEL SISTEMA DE
APLICACIÓN DE ULTRASONIDOS SIN
CONTACTO DIRECTO DE UN
SECADERO PILOTO DE
LIOFILIZACIÓN A PRESIÓN
ATMOSFÉRICA
TRABAJO FIN DE GRADO EN CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE LOS ALIMENTOS
Alumno: D. Se gio Jiménez Requena
Di ec o : P o . D. Juan And és Cá cel Ca ión
Cu so Académico: 2015/2016
VALENCIA, JULIO DE 2016
TÍTULO DEL TRABAJO FINAL DE GRADO
Ca ac e ización del sis ema de aplicación de ul asonidos sin con ac o di ec o de un secade o
pilo o de lio ilización a p esión a mos é ica.
RESUMEN
La aplicación de ul asonidos de po encia ha demos ado se una écnica muy in e esan e pa a
la in ensi icación de los p ocesos de secado, especialmen e los que ienen luga a bajas
empe a u as como es el caso de la lio ilización a p esión a mos é ica. En es e sen ido, esul a
imp escindible conoce las condiciones en las que se aplican los ul asonidos pa a pode
de e mina su in luencia en el p oceso. Po ello, el obje i o del p esen e T abajo de Fin De G ado
(TFG) es ca ac e iza el campo acús ico gene ado po el sis ema de aplicación de ul asonidos
de un secade o a baja empe a u a pilo o desa ollado po el g upo de in es igación ASPA
(Análisis y Simulación de P ocesos Ag oalimen a ios).
Palab as cla e: Ul asonidos de po encia, lio ilización, campo acús ico, secado con ec i o.
ABSTRACT
The applica ion o powe ul asound has been ound a e y in e es ing way o he
in ensi ica ion o d ying p ocesses, especially hose ha occu a low empe a u es such as he
a mosphe ic eeze d ying. In his sense, i is essen ial o know he condi ions in which
ul asound is applied in o de o de e mine hei in luence on he p ocess. The e o e, he
objec i e o his esea ch p ojec is o cha ac e ize he acous ic ield gene a ed by he
ul asound applica ion sys em o a pilo a mosphe ic eeze d ie de eloped by he esea ch
g oup ASPA (Analysis and Simula ion o Ag o- ood P ocesses).
Keywo ds: Powe ul asound, lyophiliza ion, sound ield, con ec i e d ying.
Alumno: D. Se gio Jiménez Requena
Di ec o : D. Juan And és Cá cel Ca ión
Valencia, Julio de 2016
AGRADECIMIENTOS
Es e es un abajo en el cual, an o di ec a, como indi ec amen e, han pa icipado dis in as
pe sonas, ya sea opinando, aconsejando, co igiendo, eniendo paciencia o animando. Es os
momen os me han pe mi ido ap o echa la compe encia y expe iencia de las pe sonas a las que
les quie o ag adece que hayan o mado pa e de es e abajo.
Como la pe sona que ha enido una impo ancia i al en es e abajo me gus a ía ag adece a
mi u o D. Juan And és Cá cel Ca ión odos los apo es que ha enido en es e p oyec o. Tan o
su o ma de enseña como sus consejos sob e cómo mejo a odo lo posible en aquello que me
p oponga, me ha b indado un g an apoyo pa a log a el obje i o azado, guiándome y
apo ándome su iempo y odos los conocimien os que enía a su disposición.
A mis compañe as de despacho, po ayuda me desde el p ime día, compa iendo su expe iencia
y consejos mien as me animaban en los momen os di íciles.
También quie o ag adecé selo a mi amilia y mis amigos de la ca e a, ya que han sido un apoyo
cons an e e incondicional du an e odos es os años uni e si a ios. Pe o en especial quie o
ag adecé selo a mis pad es, que son las pe sonas que más quie o y admi o en el mundo, ya que
sin su ayuda y consejos me hubie a esul ado imposible es a donde me encuen o aho a.
Me gus a ía acaba ag adeciéndoselo odo a mis amigos de la in ancia, quienes me conocen al
y como soy y me han acompañado en mis log os y en mis acasos y jamás me han juzgado po
mis e o es.
G acias. Se gio.
ÍNDICE
1 In oducción .................................................................................................................... 1
1.1 Ul asonidos Gene alidades…………………………………………………………………..………………1
1.2 Pa áme os ul asónicos…………………………………………………………………………….…………2
1.3 Clasi icación de las ondas………………………………………………………………………………………3
1.4 Aplicaciones de los ul asonidos de po encia en el a amien o de alimen os……….4
1.5 Empleo del ul asonido de po encia en secad conec i o…………………………………….…6
1.6 Aspec os limi an es pa a la aplicación de ul asonidos en p ocesos de secado……..6
1.7 Sis emas de aplicación de ul asonidos………………………………………………………………….7
1.8 Aplicaciones en medio líquido………………………………………….…………………………………..9
1.9 Emiso es en medio gaseoso…………………………………………………………………………………10
2 Obje i os ........................................................................................................................ 12
3 Ma e iales y Mé odos ................................................................................................... 13
3.1 Cáma a de secado………………………………………………………………………………………………13
3.2 Ex e io de la cáma a……………………………………………………………………………………….…14
3.3 Zona de secado…………………………………………………………………………………………..………15
3.4 Medidas de ca ac e ización del campo acús ico………………………………………………….16
3.5 Condiciones de abajo ensayadas………………………………………………………………………17
3.5.1 Dis ancia del ansduc o a la supe icie de a amien o (cm)………..………17
3.5.2 Po encia (W)…………………………………………………………………………………….……17
3.5.3 Flujo de ai e (m/s)…………………………………………………………………………….……17
3.5.4 Tempe a u a (℃)……………………………………………………………………………………18
3.6 Análisis es adís ico de esul ados………………………………………………………………………..18
4 Resul ados y discusión .................................................................................................. 19
4.1 In luencia de la dis ancia en e ansduc o y supe icie de a amien o en la p esión
jjjjjjjjjjjjj acús ica media egis ada…………………………………………………………………………………..23
4.2 De e minación de la in luencia de la po encia sob e la p esión acús ica media
bhbhbhbhbh egis ada……………………………………………………………………………………..……………………27
4.3 De e minación de la in luencia del lujo de ai e sob e la p esión acús ica
kjkjkjkkjkjkkkmedia egis ada…………………………………………………………………………………………………29
4.4 De e minación de la in luencia de la empe a u a sob e la p esión acús ica media
jkjkjkjkjkjkjkj egis ada……………………………………………………………………………………………………………32
4.5 In e acciones en e las a iables es udiadas………………………………………….……………34
4.5.1 Flujo de ai e – Dis ancia………………………………………………………….……………35
4.5.2 Po encia - Flujo de ai e…………………………………………………………….………..…35
5 Conclusiones ................................................................................................................ 37
6 Bibliog a ía ................................................................................................................... 38
ÍNDICE DE TABLAS Y FIGURAS
TABLAS
Tabla 1. Algunas aplicaciones de los ul asonidos de po encia en la indus ia de alimen os. .... 5
Tabla 2. P esión acús ica (Pa) media y des iación es ánda en el APT y el AMPA pa a cada una
de las condiciones de abajo conside adas. .............................................................................. 23
Tabla 3. Á ea de máxima concen ación eó ica de ul asonidos calculada pa a las dis ancias de
abajo en e ansduc o y supe icie a ada. .......................................................................... 24
FIGURAS
Figu a 1. Esquema de la p opagación de una onda ul asónica en el iempo. ............................. 3
Figu a 2. Clasi icación del sonido en unción de su ecuencia..................................................... 4
Figu a 3. T ansduc o piezoeléc ico de sándwich ipo Lange in. 1. Masa on al que ac úa como
ca a adian e. 2. Masa pos e io que si e como sopo e. 3. Longi ud de a eglo piezoeléc ico.
....................................................................................................................................................... 9
Figu a 4. Cáma a de Secado 1. An ecáma a 2. Pos -cáma a 3. Soplan e 4. Secado 5. Conduc os
de eci culación del ai e 6. E apo ado 7. Resis encia eléc ica 8. Ven ilado 9. Rail de
desplazamien o del ansduc o y pla o 10. T ansduc o piezoeléc ico 11. Pla o escalonado 12.
Supe icie de a amien o. .......................................................................................................... 13
Figu a 5. 1. O denado 2. Gene ado eléc ico 3. Ampli icado Qsc -RMX 4050HD- 4. Con olado
dinámico de esonancia Pusonics 5. T ansduc o piezoeléc ico 6. Pla o escalonado 7. Supe icie
de a amien o 8. Ven ilado soplan e 9. Mic ó ono p eampli icado 10. Osciloscopio 11. Cáma a
de secado. ................................................................................................................................... 14
Figu a 6. In e az del p og ama D ye , desa ollado en LabVIEW pa a el con ol del sis ema de
gene ación de ul asonidos de la cáma a. .................................................................................. 15
Figu a 7. Sis ema de gene ación y aplicación de ul asonidos 1. T ansduc o piezoeléc ico. 2.
Pla o emiso escalonado. 3. Ven ilado . 4. Anemóme o. 5. Supe icie de a amien o. .......... 16
Figu a 8. Toma de medidas sob e la supe icie de a amien o. 1. Cuad icula 2x2 cm de la
supe icie de a amien o. 2. Pun o de medida en cuad icula 1x1 cm. ...................................... 17
Figu a 9. Onda acús ica egis ada median e el Osciloscopio Tek onix MDO3000. .................. 19
Figu a 10. P esión acús ica medida sob e la supe icie de a amien o. Dis ancia del ansduc o
25 cm, empe a u a 21℃, po encia aplicada 180W y sin lujo de ai e (0 m/s). ......................... 20
Figu a 11. P esión acús ica medida sob e la supe icie de a amien o. Dis ancia del ansduc o
25 cm, empe a u a 21℃, po encia aplicada 180W y sin lujo de ai e (0 m/s). ......................... 20
Figu a 12. P esión acús ica medida sob e el AMPA. Dis ancia del ansduc o 25 cm, empe a u a
21℃, po encia aplicada 180W y sin lujo de ai e (0 m/s).. ......................................................... 21
Figu a 13. Esquema de la p oyección ocal del haz de ul asonidos emi ido po el ansduc o de
pla o. 1. Á ea de p oyección del ansduc o (APT). 2. Á ea de máxima p esión acús ica (AMPA).
..................................................................................................................................................... 21
Figu a 14. P oyecciones de la onda sob e la supe icie de a amien o 1. supe icie de
a amien o. 2. APT. 3. AMPA a una dis ancia de 25 cm 4. AMPA a una dis ancia de 15 cm 5.
AMPA a una dis ancia de 5 cm. ................................................................................................... 22
Figu a 15. Esquema de p oyecciones ocales del haz de ul asonidos emi ido po el ansduc o
de pla o a dis in as dis ancias 1. Dis ancia de 25 cm. 2. Dis ancia de 15 cm. 3. Dis ancia de 5 cm.
4. APT. 5. AMPA. ......................................................................................................................... 24

Figu a 16. P esión acús ica media medida sob e el AMPA. 1. Dis ancia del ansduc o a 25cm,
empe a u a 21℃, po encia aplicada 100W y sin lujo de ai e (0 m/s). 2. Dis ancia del ansduc o
a 5cm, empe a u a 21℃, po encia aplicada 100W y sin lujo de ai e (0 m/s). ......................... 25
Figu a 17. P esión acús ica media e in e alos LSD (90%) en el APT pa a el ac o dis ancia en e
el ansduc o y la supe icie de a amien o. ............................................................................ 26
Figu a 18. P esión acús ica media e in e alos LSD (90%) en el AMPA pa a el ac o dis ancia
en e el ansduc o y la supe icie de a amien o. ................................................................... 26
Figu a 19. P esión acús ica medida en la zona de a amien o a 21℃, dis ancia del ansduc o
de 25 cm, 100 W y sin lujo de ai e 0 m/s. Línea discon inua en ojo indica el APT, 39.5 cm2. Línea
discon inua en neg o indica el AMPA, 16.9 cm2. ........................................................................ 27
Figu a 20. P esión acús ica medida en la zona de a amien o a 21℃, dis ancia del ansduc o
de 25 cm, 180 W y sin lujo de ai e 0 m/s. Línea discon inua en ojo indica el APT, 39.5 cm2. Línea
discon inua en neg o indica el AMPA, 16.9 cm2. ........................................................................ 28
Figu a 21. P esión acús ica media e in e alos LSD (90%) en el APT pa a el ac o po encia. ... 29
Figu a 22. P esión acús ica media e in e alos LSD (90%) en el AMPA pa a el ac o po encia. 29
Figu a 23. P esión acús ica media medida sob e el AMPA. 1. Dis ancia del ansduc o a 5cm,
empe a u a 21℃, po encia aplicada 180W y sin lujo de ai e (0 m/s). 2. Dis ancia del ansduc o
a 5cm, empe a u a 21℃, po encia aplicada 180W y con lujo de ai e (2 m/s). ........................ 30
Figu a 24. P esión acús ica media e in e alos LSD (90%) en el APT pa a el ac o lujo del ai e.
..................................................................................................................................................... 31
Figu a 25. P esión acús ica media e in e alos LSD (90%) en el AMPA pa a el ac o lujo del ai e.
..................................................................................................................................................... 32
Figu a 26. P esión acús ica media medida sob e el AMPA. 1. Dis ancia del ansduc o a 15cm,
empe a u a 21℃, po encia aplicada 180W y sin lujo de ai e (0 m/s). 2. Dis ancia del ansduc o
a 15cm, empe a u a -20℃, po encia aplicada 180W y con lujo de ai e (0 m/s). ..................... 33
Figu a 27. P esión acús ica media e in e alos LSD (90%) en el APT pa a el ac o empe a u a.
..................................................................................................................................................... 34
Figu a 28. P esión acús ica media e in e alos LSD (90%) en el AMPA pa a el ac o empe a u a.
..................................................................................................................................................... 34
Figu a 29. P esión acús ica media e in e alos LSD (90%) en el APT pa a la in e acción en e lujo
de ai e (0 y 2m/s) y dis ancia (25, 15 y 5cm) del ansduc o . .................................................... 35
Figu a 30. P esión acús ica media e in e alos LSD (90%) en el APT pa a la in e acción en e lujo
de ai e (0 y 2m/s) y po encia (100 y 180W). ............................................................................... 36
Figu a 31. P esión acús ica media e in e alos LSD (90%) en el AMPA pa a la in e acción en e
lujo de ai e (0 y 2m/s) y po encia (100 y 180W). ....................................................................... 36
INTRODUCCIÓN
1
1. INTRODUCCIÓN
1.1 ULTRASONIDOS. GENERALIDADES
La ene gía acús ica es uno de los ipos undamen ales de ene gía que se pueden encon a en la
na u aleza. Los sonidos son oscilaciones mecánicas en el iempo que ienen luga en el seno del
ma e ial po el que se p opagan (Cá cel, 2003). A di e encia de las ondas elec omagné icas,
como las mic oondas, las ondas acús icas necesi an de un medio ma e ial pa a su p opagación
al a a se de ondas elás icas. Es po ello que, las ondas elec omagné icas pueden ansmi i se
po el acío mien as que el sonido no. La ecuencia de los ul asonidos se encuen a po encima
del umb al de audición del oído humano, si uado en o no a 20 kHz.
La p opagación de es as ondas po un medio se debe a la ib ación de sus pa ículas de mane a
elás ica. Así, las ib aciones elás icas son de dos ipos: comp esión y descomp esión (Hech ,
1996; Kno e al., 2004). Cuando se p oduce la comp esión de las pa ículas del medio, se
educe la sepa ación en e las mismas (Gallego-Juá ez e al., 2003; Hech , 1996). Mien as que,
du an e la descomp esión, las pa ículas del medio se alejan en e sí de mane a que la densidad
y la p esión disminuyen (Hech , 1996).
Un aspec o undamen al en la aplicación de ul asonidos es su gene ación. Así, en 1880, el
ma imonio Cu ie descub e el e ec o piezoeléc ico, enómeno en el que se basan la mayo pa e
de los sis emas gene ado es de ul asonidos de la ac ualidad. El as eado de ecos (eco-
sounde ), diseñado y cons uido po Lange in en 1917 cons i uyó la p ime a aplicación
come cial de los ul asonidos. Dicho sis ema dio luga pos e io men e al SONAR (Sound
Na iga ion And Ranking), u ilizado pa a la de ección de subma inos en la Segunda Gue a
Mundial.
Po o o lado, la aplicación de ul asonidos a ele ada po encia y baja ecuencia puede gene a
e ec os an o en los p ocesos en los que se aplican, como en los p oduc os a ados. Uno de
es os e ec os ue de ec ado po p ime a ez en las hélices de los ba cos a inales del siglo XIX.
Así, con mo imien os de gi o muy ápidos, apa ecían unas bu bujas de ca i ación, que al
implosiona p oducían e osiones en la hélice. Sin emba go, el desa ollo de equipos a ni el
indus ial pa a la aplicación de ul asonidos a ele adas po encias iene luga a pa i de la
segunda mi ad del siglo XX. Desde ese momen o no ha pa ado de c ece has a la ac ualidad.
Los ul asonidos o ecen una se ie de en ajas, que acili an su aplicabilidad en di e sos campos
de es udio como, po ejemplo, el que puedan se gene ados y di igidos a un pun o de aplicación
como un haz, cumplen las leyes de e lexión y e acción de cualquie onda y pueden se
e lejados po obje os de pequeño amaño.
Sin emba go, ambién p esen an una se ie de limi aciones a ene en cuen a como es su
di icul ad de p opagación a a és de medios gaseosos. Es o se debe an o a la g an capacidad
de a enuación de dichos medios como a la g an di e encia de impedancia con los sis emas de
gene ación, gene almen e sólidos, que di icul a su ansmisión en la in e ase.
2
1.2 PARAMETROS ULTRASÓNICOS
Las ondas ul asónicas se ca ac e izan po los pa áme os con encionales de cualquie ipo de
onda.
Longi ud de onda (λ, m)
La longi ud de onda es la dis ancia en e dos planos en los que las pa ículas se encuen an en
el mismo es ado de ib ación, o lo que es igual, la dis ancia en e dos pun os consecu i os que
ib an en ase (Figu a 1). Se de e mina a pa i de la elocidad de la onda y la ecuencia
(Ecuación 1).
 = 

La elación en e la longi ud de onda y el amaño del po o del ma e ial de ine su in e acción:
 Si la longi ud de onda es mayo que el diáme o de un po o, el po o se á anspa en e a
la ene gía ul asónica.
 Si la longi ud de onda es á en el in e alo del amaño del po o, la onda acús ica puede
p oduci ib aciones en el in e io del mismo.
F ecuencia ( , Hz)
La ecuencia de una onda es el núme o de ciclos comple ados po la onda po unidad de iempo.
La unidad u ilizada en el Sis ema In e nacional es el He cio (Hz), que se de ine como el núme o
de ciclos comple ados po una onda en un segundo. Al in e so de la ecuencia se le denomina
pe iodo y se de ine como el iempo necesa io pa a que la onda ealice un ciclo.
La ecuencia es á elacionada con las sucesi as comp esiones y expansiones al e na i as
p oducidas po los ul asonidos. Po lo an o, pa a aplicaciones como el secado, un aumen o de
la ecuencia puede se muy in e esan e. Sin emba go, el aumen o de la ecuencia ambién
ele a el coe icien e de a enuación y, po lo an o, di icul a que la onda llegue has a donde se
desea en condiciones pa a p oduci e ec os signi ica i os.
Ampli ud (A, m)
La ampli ud de onda es el máximo desplazamien o de la pa ícula desde la posición de equilib io
(Figu a 1).
Po encia acús ica (P, W)
La po encia acús ica es la ene gía o al i adiada po la uen e ul asónica po unidad de iempo.
Se puede calcula a pa i de la in ensidad acús ica y del á ea de la supe icie adian e (Ecuación
2).
 =  ∙ 
La po encia es un pa áme o muy impo an e en las aplicaciones de ul asonidos debido a que
se elaciona di ec amen e con la magni ud de los e ec os obse ados.
(Ec. 2)
(Ec. 1)
9
Si se eje ce p esión sob e es e ipo de c is ales, se gene a á en cada una de sus ca as una ca ga
de igual in ensidad, pe o de sen ido con a io. A es e enómeno se le conoce como e ec o
piezoeléc ico di ec o. Opues amen e, si al c is al se le aplica un campo eléc ico con la misma
ca ga, pe o de sen ido con a io sob e las ca as del c is al, la o ma del c is al cambia le emen e
como consecuencia e modinámica del es ue zo di ec o. Al aplica una co ien e al e na de
ele ada ecuencia al ansduc o , se p o oca la ib ación del ma e ial, lo cual conlle a a la
gene ación de la onda ul asónica. Debido a es o, una señal eléc ica en los sis emas
piezoeléc icos es capaz de gene a ondas acús icas.
Al se el e ec o muy pequeño en las ce ámicas na u ales, se han desa ollado ma e iales con
p opiedades mejo adas. Es el caso, po ejemplo, de ma e iales ce ámicos e oeléc icos
polic is alinos (Raj e al., 2004), como el Ti ana o de Ba io y el Zi cona o Ti ana o de Plomo,
conocidos como ce ámicas piezoeléc icas. Las ce ámicas cons i uyen el elemen o p incipal del
ansduc o . A és as se le añaden elemen os me álicos pa a p o ege las, ya que son ágiles, y
pa a que ac úen de sumide os de calo p e iniendo su sob ecalen amien o. Los ma e iales
me álicos u ilizados son de al a calidad des acando el i anio.
La g an mayo ía de ansduc o es piezoeléc icos exis en es siguen basándose en el ansdcu o
clásico ipo sándwich (Figu a 3) que ue diseñado o iginalmen e po Lange in en 1920.
A es os ansduc o es se le acoplan di e en es ipos de emiso es dependiendo a que medio
ayan a se aplicados.
1.8 APLICACIONES EN MEDIO LÍQUIDO
 Baño de ul asonidos.
En aplicaciones de líquidos, los sis emas más u ilizados son los baños de ul asonidos. Son
simples y compac os. Se a a de una o a ias ce ámicas piezoeléc icas acopladas al ondo de
un baño. Al ib a odas ellas en ase gene an una ib ación en el ondo que se ansmi en al
líquido con enido en el baño.
Figu a 3. T ansduc o piezoeléc ico de sándwich ipo Lange in. 1. Masa on al que ac úa como ca a
adian e. 2. Masa pos e io que si e como sopo e. 3. Longi ud de a eglo piezoeléc ico.
①
②
③

10
Sus p incipales limi aciones son la poca po encia que suminis an al medio si se compa an con
o os sis emas, la a iación del campo acús ico den o del baño y la di icul ad en el con ol de
la empe a u a (Mule e al., 2003).
 Sis emas ipo sonda.
En es os sis emas, los ul asonidos son aplicados di ec amen e median e una sonda ib an e.
Dependiendo de la geome ía de la misma, la ene gía ul asónica puede se simplemen e
ansmi ida o concen a la en una supe icie meno con el in de ampli ica la in ensidad, y, po
lo an o, sus e ec os. (Mason, 1998).
En aplicaciones con es e ipo de sis emas, la dis ancia en e la pun a de la sonda y la mues a
a ada es un pa áme o impo an e a se con olado debido a la a enuación del campo
ul asónico con la dis ancia.
1.9 EMISORES EN MEDIO GASEOSO
Los ansduc o es piezoeléc icos, incluso mejo ados, man ienen muchas limi aciones en
aplicaciones en medio gaseoso. Po ello, en los úl imos años, se ha p o undizado en el desa ollo
de nue as ecnologías en ansduc o es especí icos pa a ul asonidos de po encia, que pe mi an
su aplicación e icaz en el medio gas, y con ello consegui mejo a aplicaciones como el secado
con ec i o de algunos alimen os (De la Fuen e e al., 2006; Gallego-Juá ez e al., 2007). Como
esul ado de es os es udios, se desa olla on nue os ipos de ansduc o es de ul asonidos de
po encia de al a supe icie adian e. En e ellos des acan los ansduc o es cilínd icos y los de
placa escalonada que consiguen un mejo acople de impedancias con el ai e, un inc emen o en
la capacidad del sis ema a al a po encia y una al a di ec i idad pa a las aplicaciones en ai e
(Gallego-Juá ez e al., 1999; Gallego-Juá ez, Rod iguez, 2010).
 Sis emas de ubo ib an e.
En es e caso, el ansduc o se encuen a conec ado a un emiso con o ma de ubo cilínd ico
me álico, con pa edes delgadas y hueco. El cilind o se exci a po la acción del ansduc o
gene ando en su in e io un campo acús ico es aciona io de muy al a in ensidad.
 Pla o ci cula adian e (Emiso de placa escalonada)
Es e sis ema posee un ele ado endimien o, capacidad de po encia y una muy al a di ec i idad.
El emiso es á compues o po una placa adian e ex ensa, de pe il escalonado, que ib a
lexionalmen e en uno de sus modos p opios y es exci ada en su cen o po un ib ado
piezoeléc ico cons i uido, a su ez, po un ampli icado mecánico y un ansduc o ipo
sándwich. La ex ensa supe icie de la placa aumen a la impedancia de adiación y o ece al
sis ema ib an e una buena adap ación de impedancias con el ai e (Gallego-Juá ez e al., 1999).
Los sis emas ul asónicos de placa escalonada se han u ilizado pa a mejo a p ocesos de secado
de alimen os y pa a e i a la o mación de espumas en el llenado de la as y en eac o es de
e men ación (Gallego-Juá ez, 1998).
11
Exis en dos ipos de pla os escalonados, ci cula es y ec angula es; Los ci cula es son los más
u ilizados, debido a que los ec angula es p esen an la limi ación muy impo an e de se
p opensos a la exposición de los enómenos no lineales cuando son u ilizados a ol ajes al os.
En es e sen ido, el g upo ASPA de la Uni e si a Poli ècnica de València, ha enido abajando
en los úl imos años en la aplicación de ul asonidos de al a in ensidad en p ocesos de secado,
an o a al a como a baja empe a u a, u ilizando sis emas de ubo ib an e con esul ados muy
p ome edo es. En es e sen ido, se plan eó la cons ucción de un nue o secade o de una escala
mayo , empleando en es e caso un sis ema de pla o escalonado con is as al escalado del
p oceso.
OBJETIVOS
12
2. OBJETIVOS
El obje i o gene al del p esen e abajo ue ca ac e iza el campo acús ico gene ado po el
sis ema de aplicación de ul asonidos en medio gas de un secade o a baja empe a u a pilo o
desa ollado po el g upo de in es igación ASPA (Análisis y Simulación de P ocesos
Ag oalimen a ios) en di e en es condiciones de abajo. Po ello, se plan ea on los siguien es
obje i os pa icula es:
I. De e mina la in luencia de la dis ancia en e ansduc o y supe icie de a amien o en
la p esión acús ica media.
II. De e mina la in luencia del lujo de ai e en la p esión acús ica media egis ada en la
zona de colocación de mues as.
III. De e mina la in luencia de la empe a u a de abajo en la p esión acús ica media de la
supe icie donde se colocan las mues as.
IV. De e mina la zona de máxima p esión en cada si uación de abajo y cuan i ica el alo
de dicha p esión máxima media.
V. De e mina la máxima p esión acús ica egis ada en cada si uación de abajo.
MATERIALES Y MÉTODOS

13
3. MATERIALES Y MÉTODOS
Como se ha comen ado, el obje i o del abajo ue ca ac e iza el campo acús ico p oducido po
el sis ema de aplicación de ul asonidos sin con ac o di ec o de un secade o pilo o a baja
empe a u a. A con inuación, se desc ibe b e emen e la con igu ación de dicho secade o y de
mane a más de allada el sis ema de aplicación de ul asonidos (Figu a 4).
3.1 CÁMARA DE SECADO
Consis e en una cáma a indus ial de la ma ca Misa, de dimensiones 2.20 x 1.20 x 2.40 m y
capacidad de alcanza una empe a u a de has a -20℃. La cáma a se encuen a di idida en su
in e io en dos zonas median e una pa ed me álica en la que cuen a con una en ana como
única ape u a. De es a o ma, se dis ingue una an ecáma a (Figu a 4.1), que se encuen a a la
en ada y cuya unción básica es la de hace de ba e a a la humedad ambien al, y una pos -
cáma a (Figu a 4.2), que es dónde ienen luga las expe iencias de secado. El ai e pa a seca es
impulsado po un soplan e (Figu a 4.3) que se encuen a en la an ecáma a y pasa po un sis ema
de desecación (Figu a 4.4) pa a baja su humedad ela i a. Pos e io men e, el ai e de secado se
pasa po el e apo ado de la cáma a (Figu a 4.6) pa a en ia lo. Con obje o de ija su
empe a u a inal a los alo es deseados, a a iesa después una esis encia eléc ica (Figu a 4.7).
Po úl imo, es impulsado po un en ilado (Figu a 4.8) a la elocidad de lujo de ai e deseada a
a és de la zona en la que se si úan las mues as. El sis ema de gene ación de ul asonidos
Figu a 4. Cáma a de Secado 1. An ecáma a 2. Pos -cáma a 3. Soplan e 4. Secado 5. Conduc os de
eci culación del ai e 6. E apo ado 7. Resis encia eléc ica 8. Ven ilado 9. Rail de desplazamien o
del ansduc o y pla o 10. T ansduc o piezoeléc ico 11. Pla o escalonado 12. Supe icie de
a amien o.
②
①
③
④
⑤
⑥
⑦
⑧
⑨
⑩
⑪
⑫
14
den o de la cáma a consis e básicamen e en un ansduc o piezoeléc ico (Figu a 4.10)
conec ado a un emiso de pla o escalonado (Figu a 4.11). Dicho sis ema es á sob e la zona de
colocación de mues as (Figu a 4.12) pa a gene a un campo acús ico de al a in ensidad que
incida sob e las mismas.
3.2 EXTERIOR DE LA CÁMARA
En el ex e io de la cáma a, y e i ando las condiciones de empe a u a ad e sas de la misma, se
encuen a un gene ado (Figu a 5.2), un ampli icado (Qsc -RMX 4050HD-) (Figu a 5.3) y un
con olado dinámico de esonancia (Pusonics) (Figu a 5.4) que se enca gan de la gene ación y
acondicionamien o de la señal eléc ica que alimen a el ansduc o (Figu a 5.5).
Todos los sis emas de secade o se encuen an conec ados a un o denado (Figu a 5.1). Es e a
a és de un p og ama desa ollado median e el so wa e LabVIEW (Labo a o y Vi ual
Ins umen a ion Enginee ing Wo kbench), c eado po Na ional Ins umen s, pe mi e la
aplicación, seguimien o y con ol de odos los pa áme os du an e el p oceso de secado. En e
los pa áme os que el p og ama pe mi e con ola se encuen a: la empe a u a del in e io de
la cáma a, la empe a u a y la elocidad del lujo de ai e de secado, la po encia de aplicación de
los ul asonidos, el con ol de la secuencia de pesada de las mues as incluyendo los sis emas
de desplazamien o del ansduc o y la subida de la balanza pa a oma el peso de la mues a
sin in e e encias.
Figu a 5. 1. O denado 2. Gene ado eléc ico 3. Ampli icado Qsc -RMX 4050HD- 4. Con olado
dinámico de esonancia Pusonics 5. T ansduc o piezoeléc ico 6. Pla o escalonado 7. Supe icie de
a amien o 8. Ven ilado soplan e 9. Mic ó ono p eampli icado 10. Osciloscopio 11. Cáma a de
secado.
15
3.3 ZONA DE SECADO
La zona de secado y a amien o de las mues as se puede obse a con más de alle en la Figu a
7. El en ilado (Figu a 7.3) si uado a la izquie da es el enca gado de gene a un lujo de ai e que
a a iesa la supe icie de a amien o, zona donde se colocan las mues as a seca . La o ma de
dicho en ilado hace que dicho lujo de ai e ci cule de o ma plana de izquie da a de echa de
la zona de a amien o. A la de echa de la misma hay si uado un anemóme o (Figu a 7.4) cuya
misión es egis a la elocidad eal del ai e y alimen a al sis ema de con ol del mismo.
El ansduc o de ul asonidos (Figu a 7.1) es á si uado jus o encima de la zona de a amien o.
Es exci ado median e la señal p opo cionada po el gene ado , ansmi e la ib ación a un
emiso de ipo pla o escalonado (Figu a 7.2), que es el enca gado de aplica la, a a és del ai e,
has a la supe icie de a amien o. Dicho pla o escalonado p esen a un diáme o de 39,5 cm, su
capacidad de po encia es de 200W con una e iciencia del 80% y es capaz de alcanza ni eles de
in ensidad en el ai e de 175 dB. La ca ac e ización p e ia del uncionamien o del ansduc o se
ealizó en una cáma a anecoica po el g upo de Tecnologías y Sis emas Ul asónicos del Ins i u o
de Tecnologías Físicas (ITEFI) del CSIC. Tal y como es á mon ado, el ansduc o gene a un campo
acús ico ocalizado. El oco de dicho campo se si úa a una dis ancia igual al diáme o del
ansduc o , es deci , a 40 cm desde el ansduc o y iene un diáme o de 3 cm. Es o signi ica
que, a esa dis ancia, 40 cm, el sis ema concen a oda la ene gía acús ica aplicada en una sección
ci cula de 3 cm.
En cuan o a la supe icie de a amien o, se a a de una supe icie plana de 54 x 41 cm de un
ma e ial polimé ico pa a limi a su peso. A es a supe icie se le colocó un papel milime ado y
o ó con un ma e ial impe meable pa a e i a su deg adación debido a posibles
condensaciones de humedad en su supe icie (Figu a 7.5). El papel milime ado pe mi ió
Figu a 6. In e az del p og ama D ye , desa ollado en LabVIEW pa a el con ol del sis ema de
gene ación de ul asonidos de la cáma a.
16
ob ene una cuad icula, sob e la que se p ocedió a ealiza la oma de medidas de la p esión
acús ica.
3.4 MEDIDAS DE CARACTERIZACIÓN DEL CAMPO ACÚSTICO
Como se ha mencionado an e io men e, el obje i o del abajo ue ca ac e iza el campo
acús ico gene ado po el sis ema de aplicación de ul asonidos bajo di e en es condiciones de
abajo.
Medida de la p esión acús ica.
La ca ac e ización del campo acús ico gene ado po el ansduc o de ul asonidos se ealizó a
pa i de medidas expe imen ales del mismo. Pa a ello, se u ilizó un mic ó ono con
p eampli icado (B üel & Kjæ Type 2670) conec ado a un osciloscopio (Tek onix MDO3000)
(Figu a 5.9). Se ealiza on medidas de ecuencia y ensión pico a pico. Es as úl imas, a pa i de
la sensibilidad de ecepción del mic ó ono se aduje on a medidas de p esión acús ica. Pa a
ealiza las medidas, el mic ó ono se colocó en la esquina supe io de cada cuad ado (1 x 1 cm)
como se ep esen a en la Figu a 8. Es o supone que, pa a cub i oda la supe icie de colocación
de mues as, ue necesa io medi en un o al de 520 pun os en cada condición ensayada. Las
medidas ob enidas pe mi ie on ealiza un mapeado del campo acús ico gene ado sob e la
supe icie de a amien o en las di e en es condiciones de abajo.
Figu a 7. Sis ema de gene ación y aplicación de ul asonidos 1. T ansduc o piezoeléc ico. 2. Pla o
emiso escalonado. 3. Ven ilado . 4. Anemóme o. 5. Supe icie de a amien o.
22
Es de des aca que, an o el APT como el AMPA, se encuen an lige amen e desplazadas hacia
la de echa de la supe icie de a amien o espec o del cen o de la p oyección del pla o (Figu a
14). Es o pod ía se debido a que el ansduc o y la supe icie de a amien o no se encuen en
pe ec amen e pa alelos. Además, en las expe iencias ealizadas con lujo de ai e, dado que és e
ci cula ambién de izquie da a de echa, pod ía con ibui a ese lige o desplazamien o de la onda
de ul asonidos.
Una ez de inidas las zonas APT y AMPA, se calculó la media de p esión acús ica p esen e en
ambas zonas (Tabla 2) a pa i de las medidas pun uales ealizadas. Es o se ealizó en cada una
de las condiciones de abajo ensayadas (dis ancia del ansduc o a la supe icie de a amien o,
po encia ul asónica aplicada, lujo del ai e y empe a u a) pa a pode de e mina y cuan i ica
la in luencia de las mismas y sus in e acciones en el campo acús ico gene ado.
Figu a 14. P oyecciones de la onda sob e la supe icie de a amien o 1. supe icie de a amien o. 2.
APT. 3. AMPA a una dis ancia de 25 cm 4. AMPA a una dis ancia de 15 cm 5. AMPA a una dis ancia
de 5 cm.

23
4.1 In luencia de la dis ancia en e ansduc o y supe icie de a amien o en la p esión
acús ica media egis ada.
Da os expe imen ales.
Como se ha mencionado en el apa ado de ma e iales y mé odos, se ensaya on 3 dis ancias
en e ansduc o y zona de a amien o, 5, 15 y 25 cm. Pa a es as dis ancias, el AMPA ue mayo
cuan o meno ue la dis ancia ensayada (Tabla 3) debido a que el oco de emisión se cie a con
la dis ancia (Figu a 15). E iden emen e, el APT es pa a odos los casos la misma.
Tabla 2. P esión acús ica (Pa) media y des iación es ánda en el APT y el AMPA pa a cada una de las
condiciones de abajo conside adas.
Tempe a u a
(
℃
)
Dis ancia
ansduc o
(cm)
Po encia
ul asonidos
(W)
Flujo de
ai e
(m/s)
APT
(Pa)
AMPA
(Pa)
21 25 100 0 10,2 ± 6,3 15,8 ± 7,3
21 25 100 2 9,7 ± 6,8 15,0 ± 8,6
21 25 180 0 13,0 ± 7,7 18,5 ± 8,5
21 25 180 2 9,2 ± 6,2 16,6 ± 7,7
21 15 100 0 14,6 ± 8,0 17,8 ± 9,7
-20 15 100 0 16,7 ± 6,0 18,5 ± 6,8
21 15 100 2 10,3 ± 5,6 12,91 ± 6,13
-20 15 100 2 10,6 ± 5,0 13,9 ± 5,5
21 15 180 0 19,6 ± 11,3 25,2 ± 11,9
-20 15 180 0 22,8 ± 10,0 28,9 ± 10,2
21 15 180 2 17,8 ± 14,5 22,2 ± 16,7
-20 15 180 2 22,7 ± 11,4 27,8 ± 12,3
21 5 100 0 28,60 ± 16,2 30,1 ± 16,2
21 5 100 2 10,3 ± 7,0 11,0 ± 7,3
21 5 180 0 41,8 ± 13,0 43,1 ± 11,6
21 5 180 2 15,1 ± 8,2 15,4 ± 7,2
24
Tabla 3. Á ea de máxima concen ación eó ica de ul asonidos
calculada pa a las dis ancias de abajo en e ansduc o y
supe icie a ada.
Dis ancia (c
m)
AMPA (cm
2
)
25
16,9
15
26,1
5
35,4
Es o supone, que eó icamen e cab ía espe a que, a pequeñas dis ancias, la supe icie que
ecibe una p esión acús ica máxima sea mayo . Al con a io, al aumen a la dis ancia en e el
ansduc o y la supe icie de a amien o, la supe icie con una máxima p esión acús ica se
educe, pe o aumen a el alo de la p esión acús ica ya que el oco de ul asonidos se cie a
(Figu a 15).
Los esul ados expe imen ales ob enidos indican que la p esión acús ica media en el APT
aumen ó cuando se edujo la dis ancia en e ansduc o y la zona de a amien o (Tabla 2). Así,
la p esión acús ica media ob enida al aplica una po encia de 100 W sin lujo de ai e (0m/s) se
inc emen ó en un 180% al pasa de una dis ancia de 25 cm (10,2 ± 6,3 Pa) a 5 cm (28,6 ± 16,16
Pa).
En cuan o a la p esión acús ica media en el AMPA, al con a io que lo que cab ía espe a po el
e ec o de cie e del oco, se edujo al aumen a la dicha dis ancia en e ansduc o y zona de
a amien o (Figu a 15). En es e caso, po ejemplo, se pasó de una p esión de 30,06 ± 16,15 Pa
a 5 cm, a 15,8 ± 7,3 Pa a 25 cm. Es o pod ía debe se una pé dida de ene gía acús ica po
anulación pa cial de las ondas debido a e lexiones con las dis in as supe icies del in e io de la
Figu a 15. Esquema de p oyecciones ocales del haz de ul asonidos emi ido po el ansduc o de pla o
a dis in as dis ancias 1. Dis ancia de 25 cm. 2. Dis ancia de 15 cm. 3. Dis ancia de 5 cm. 4. APT.
5. AMPA.
25
cáma a. Al aumen a la dis ancia, pod ían aumen a dichas e lexiones y pod ía aumen a la
anulación pa cial de las ondas (Figu a 16).
Signi icación es adís ica.
El análisis de a ianza ANOVA mul i ac o ial indicó que la dis ancia ue un ac o signi ica i o en
la p esión acús ica media, an o en el APT como en el AMPA con un ni el de con ianza del 90%
(p<0.1).
La de e minación de los in e alos LSD (Leas Signi icance Di e ence) mos ó que, en el caso de
la APT, la p esión acús ica p omedio ue signi ica i amen e mayo cuan o meno ue la dis ancia
en e el ansduc o y la supe icie de a amien o en odas las dis ancias ensayadas (Figu a 17).
1
8
15
0
5
10
15
20
25
30
35
40
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25
Coo denada Y
P esión acús ica media
Coo denada X
1
8
15
0
10
20
30
40
50
60
70
80
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25
Coo denada Y
P esión acús ica media
Coo denada X
Figu a 16. P esión acús ica media medida sob e el AMPA. 1. Dis ancia del ansduc o a 25cm, empe a u a
21℃, po encia aplicada 100W y sin lujo de ai e (0 m/s). 2. Dis ancia del ansduc o a 5cm, empe a u a 21℃,
po encia aplicada 100W y sin lujo de ai e (0 m/s).
①
②
26
En el caso de la AMPA, la di e encia de p esiones acús icas ue signi ica i amen e supe io
(p<0.1) a la dis ancia de 5 que a la de 25 cm. A la dis ancia de 15 cm, la p esión p esen ó alo es
in e medios que no esul a on signi ica i amen e di e en es a los ob enidos a 5 cm po un lado
ni a los ob enidos a 25 cm po o o (Figu a 18).
Figu a 17. P esión acús ica media e in e alos LSD (90%) en el APT pa a el ac o dis ancia en e el
ansduc o y la supe icie de a amien o.
Figu a 18. P esión acús ica media e in e alos LSD (90%) en el AMPA pa a el ac o dis ancia en e el
ansduc o y la supe icie de a amien o.
P esión acús ica media
P esión acús ica media
Dis ancia
Dis ancia
27
4.2 De e minación de la in luencia de la po encia sob e la p esión acús ica media egis ada.
Da os expe imen ales.
La ca ac e ización del campo acús ico se ha ealizado conside ando dos po encias eléc icas
suminis adas al ansduc o de ul asonidos, una in e media, 100 W, y una p óxima a la máxima
po encia de abajo del ansduc o , 180 W.
Como cabía espe a , al suminis a una mayo po encia eléc ica al ansduc o se ob u o una
mayo p esión acús ica p omedio an o en el APT (Figu a 19), como en el AMPA (Figu a 20). Así,
como se puede obse a en las igu as 20 y 21, los alo es de p esión acús ica ob enidos en el
AMPA (5 cm, 21 ºC y 0 m/s) ue on supe io es a 180 W que ha 100 W. Mien as que, en el p ime
caso, se obse an muchos pun os que se encuen an a alo es de p esión acús ica supe io es a
40 Pa (Figu a 20), en el segundo caso, no se supe a el umb al de 38 Pa de p esión acús ica (Figu a
19).
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
15,1 2,6 4,1 3,4 5,6 4,8 2,5 2,8 2,7 1,3 1,9 3,8 1,7 4,8 2,6 5,9 4,0 4,0 4,0 2,3
22,9 5,6 8,4 5,7 3,6 0,9 1,9 2,6 5,6 4,1 2,3 2,3 2,6 4,3 5,0 7,6 3,2 4,1 2,0 3,5
312,0 8,9 10,2 9,4 6,2 7,6 3,3 7,5 9,3 11,0 9,0 4,9 7,1 7,1 8,2 6,3 6,9 2,7 3,9 2,8
46,0 7,0 6,9 5,6 3,2 2,8 5,9 2,0 3,9 3,5 4,8 3,9 3,9 3,0 5,7 4,8 2,8 5,6 6,4 3,1
51,6 6,4 8,3 5,9 6,3 5,6 5,9 9,5 8,4 4,9 3,4 3,4 4,0 4,5 2,7 5,0 6,2 6,3 6,0 4,5
65,4 5,6 3,9 2,9 7,5 3,5 3,2 3,4 1,9 2,4 1,0 3,4 2,5 2,9 5,6 6,8 4,3 3,3 5,0 2,7
78,6 10,6 7,0 10,2 4,1 3,2 7,6 7,2 6,2 7,8 6,2 7,0 5,2 10,6 9,8 15,5 8,6 6,8 7,2 4,2
82,9 3,0 0,9 4,0 4,4 2,0 2,3 4,1 3,2 3,2 2,5 4,3 3,4 5,6 10,8 9,9 15,3 6,3 5,4 13,3
92,6 1,4 2,0 4,1 3,7 3,7 3,3 5,4 7,9 6,6 4,9 11,1 25,0 3,8 8,2 12,0 19,5 11,8 4,1 4,5
10 5,3 7,5 8,5 3,3 5,2 6,7 7,9 5,5 12,0 12,6 11,8 9,2 9,1 8,0 3,5 11,0 2,0 5,3 5,6 4,4
11 4,7 6,2 4,1 10,8 8,5 5,8 4,4 3,8 3,8 6,6 14,9 14,5 6,9 5,8 5,8 5,6 6,5 6,9 5,2 6,5
12 3,3 6,7 3,1 4,8 6,3 2,1 6,9 3,9 15,8 9,1 6,3 7,6 7,2 5,5 2,8 5,0 5,2 4,5 4,7 4,4
13 7,0 7,6 3,6 5,5 5,8 5,0 10,9 14,7 11,1 9,1 5,7 4,3 5,1 4,9 5,7 7,2 5,3 2,9 5,1 3,5
14 8,0 13,1 9,9 11,3 14,9 14,3 18,4 15,2 21,5 17,9 16,7 26,4 5,3 9,7 11,4 7,7 11,3 9,3 7,9 11,3
15 5,8 8,8 16,0 10,8 10,5 9,8 7,2 18,1 17,1 18,4 12,2 8,8 18,1 15,8 16,7 14,7 15,9 7,4 8,1 10,7
16 10,5 10,0 9,8 11,0 5,9 15,5 17,0 13,4 11,1 11,3 13,6 6,5 7,8 16,8 8,7 6,4 11,0 7,2 14,5 9,5
17 6,1 4,7 9,0 4,3 2,4 10,8 8,6 11,4 10,5 11,3 6,4 12,7 11,6 4,2 13,6 4,8 9,5 13,0 14,8 11,0
18 11,3 9,7 10,3 13,0 15,8 21,6 23,6 15,8 19,3 18,2 11,8 26,7 21,7 19,3 14,7 13,9 12,2 13,0 9,2 15,8
19 11,8 4,7 4,6 5,6 9,1 3,9 16,1 11,2 26,9 27,0 14,7 28,8 20,9 15,7 17,3 15,0 6,0 10,1 12,3 11,9
20 13,0 10,2 9,4 17,1 15,9 17,3 4,9 24,4 25,8 16,2 28,9 10,2 30,8 13,6 16,1 17,3 13,7 8,8 5,4 5,1
21 15,1 9,0 15,1 7,4 9,5 4,3 6,0 18,0 9,0 8,8 15,0 26,5 37,6 19,6 14,6 22,1 31,6 27,4 20,6 22,5
22 15,0 5,5 5,5 4,0 3,4 5,0 18,0 3,3 5,5 9,8 9,5 8,9 10,2 8,4 10,1 8,8 4,6 10,6 3,3 6,6
23 10,1 9,8 12,7 12,2 1,9 9,1 3,8 4,4 4,0 4,0 3,9 2,8 4,6 3,4 7,1 7,0 6,7 7,9 7,0 5,0
24 28,7 9,9 12,7 9,2 9,2 3,6 5,0 7,7 5,2 4,4 4,5 3,2 4,0 5,1 7,1 8,0 8,6 6,8 2,2 4,4
25 10,7 11,8 5,2 5,3 8,6 3,8 5,1 4,7 3,2 5,5 8,7 7,8 5,0 9,7 6,6 5,9 6,1 3,4 8,5 7,5
26 8,7 11,7 10,5 8,7 6,0 7,8 7,4 6,6 3,8 6,0 3,3 5,3 4,1 5,0 4,0 3,3 3,8 4,2 4,0 4,1
A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T
Figu a 19. P esión acús ica medida a 21
℃
, dis ancia del ansduc o de 25 cm, 100 W y sin lujo de ai e 0
m/s. Línea discon inua en ojo indica el APT, 39.5 cm2. Línea discon inua en neg o indica el AMPA, 16.9
cm2.

28
Las di e encias de p esión acús ica ob enidas según la po encia suminis ada pueden se
ap eciadas en la Tabla 2, donde a las mismas condiciones de abajo (5 cm, 21℃ y 0m/s), al
suminis a una po encia eléc ica de 180W el p omedio del APT (41,8 ± 13,0 Pa) y del AMPA
(43,1 ± 11,6 Pa) ue on espec i amen e un 46% y un 40% mayo es que el p omedio del APT
(28,60 ± 16,16 Pa) y del AMPA (30,06 ± 16,15 Pa) medidos al suminis a una po encia de 100W.
Resul ados ANOVA y LSD.
El análisis de a ianza ANOVA mul i ac o ial indicó que, an o pa a el p omedio del APDT como
pa a el del AMPA, la po encia ue un ac o signi ica i o en la p esión acús ica con un ni el de
con ianza del 90% (p<0.1).
La de e minación de los in e alos LSD mos ó que la p esión acús ica p omedio de e minada
ue mayo cuan o mayo ue la po encia eléc ica suminis ada al ansduc o , an o en el APT
(Figu a 21) como en el AMPA (Figu a 22). Median e es a de e minación, se pudo obse a con
más de alle el aumen o de po encia acús ica ob enida al suminis a una mayo po encia
eléc ica.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
14,1 3,9 5,0 5,3 5,2 2,3 3,9 5,4 3,2 4,0 4,4 3,4 2,7 6,4 3,9 6,0 2,7 5,3 4,3 3,6
23,0 4,9 3,4 3,7 3,8 7,5 11,4 7,1 10,1 9,8 7,0 2,6 4,1 1,5 2,6 5,1 4,4 2,7 3,5 4,4
311,8 14,4 5,6 6,2 10,1 7,0 4,2 8,6 7,7 8,3 7,6 3,8 3,1 3,9 6,5 4,2 4,0 6,5 5,4 7,3
45,9 8,5 13,2 9,3 8,8 11,5 4,2 5,9 2,3 7,3 8,4 6,8 11,4 9,4 6,8 6,0 10,2 9,6 5,2 9,7
511,5 12,8 13,3 13,7 16,8 14,4 9,1 10,2 6,6 6,6 6,7 7,2 8,8 9,3 10,4 8,6 10,1 15,2 11,2 1,9
610,9 11,8 14,7 14,6 11,9 9,2 12,9 11,2 4,5 4,3 3,0 8,2 7,7 9,7 5,8 6,3 3,6 9,3 4,2 8,2
72,4 10,6 9,3 11,2 5,4 3,3 10,4 5,9 5,5 8,1 7,5 6,1 8,9 20,6 16,8 5,5 5,9 4,3 2,5 2,8
85,0 9,5 10,1 8,0 12,6 11,4 10,4 11,1 6,7 5,6 6,8 3,3 3,0 6,5 2,7 3,0 3,7 6,0 2,4 2,3
96,5 6,3 3,4 7,5 7,6 9,1 8,9 15,9 6,7 7,1 6,1 4,4 4,8 4,6 11,3 9,6 2,5 18,0 10,4 2,9
10 8,3 5,8 5,4 6,3 7,8 27,0 7,8 7,7 15,9 8,9 6,4 7,8 8,4 3,0 4,4 2,3 10,0 5,9 8,8 4,0
11 5,9 9,0 7,4 11,3 5,6 4,6 14,1 17,0 22,3 10,9 11,8 8,9 6,1 11,1 6,0 22,9 2,6 7,1 7,5 6,1
12 4,9 6,8 6,2 5,8 9,7 22,9 20,1 36,4 29,3 22,8 5,9 7,4 10,4 2,9 6,9 17,3 10,9 6,8 5,4 8,1
13 4,6 3,4 13,7 7,8 10,5 5,7 42,5 37,3 24,7 16,5 8,4 7,4 2,3 10,6 5,8 22,8 22,4 21,9 8,9 9,1
14 6,8 4,3 10,8 4,2 13,0 13,2 7,2 15,6 13,6 16,2 9,9 11,9 2,3 7,7 8,1 6,8 5,9 4,8 7,7 12,5
15 7,8 5,1 5,5 6,1 5,7 5,0 15,6 12,4 19,3 19,1 31,0 17,9 19,3 9,3 16,9 14,6 10,5 9,1 18,7 9,8
16 5,5 8,3 5,8 13,3 13,6 16,1 19,8 18,6 19,6 14,8 34,4 16,2 7,8 8,2 16,9 25,6 8,6 4,7 5,9 5,0
17 5,2 16,9 12,8 5,3 17,1 17,8 16,7 23,4 9,1 9,7 6,6 17,1 13,4 21,1 13,7 15,3 11,6 8,7 8,9 15,4
18 9,3 15,2 8,5 5,8 11,4 10,4 9,4 30,5 6,6 16,4 19,3 9,1 16,3 27,2 13,3 18,7 8,9 7,1 10,7 14,7
19 7,4 9,9 13,0 12,3 6,6 5,4 17,3 15,6 26,1 34,1 30,3 34,2 17,8 22,0 26,4 5,6 16,8 17,3 9,9 13,1
20 6,9 1,7 6,0 3,5 13,2 11,7 12,2 11,3 42,0 22,9 20,0 13,4 6,9 21,2 19,0 14,8 22,2 4,9 6,9 6,5
21 5,3 8,6 3,3 13,3 16,4 7,8 21,7 4,5 15,3 23,1 12,4 26,9 16,5 27,7 29,0 23,4 17,5 4,8 18,6 6,8
22 4,1 8,8 8,3 6,9 13,3 3,5 5,1 18,8 18,2 17,2 12,4 24,9 27,9 16,2 23,8 15,0 23,6 7,3 13,8 8,3
23 2,8 12,9 14,0 3,4 12,7 9,1 11,5 26,0 19,9 4,2 8,1 15,2 14,5 25,5 38,8 11,5 13,2 7,6 8,2 14,1
24 14,1 4,7 15,1 10,0 3,9 5,1 6,3 4,5 7,1 13,6 16,1 25,1 16,2 11,3 12,6 7,9 7,7 13,2 3,8 6,8
25 9,9 16,8 6,2 4,3 9,4 4,9 3,0 8,8 7,3 6,8 7,0 10,0 7,4 13,9 13,2 11,3 10,6 25,6 7,1 5,9
26 6,7 11,9 12,7 8,9 6,0 7,0 13,2 10,6 12,3 11,1 8,6 5,4 4,6 4,6 9,1 11,1 12,0 8,4 3,5 13,5
A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T
Figu a 20. P esión acús ica medida a 21
℃
, dis ancia del ansduc o de 25 cm, 180 W y sin lujo de ai e 0
m/s. Línea discon inua en ojo indica el APT, 39.5 cm2. Línea discon inua en neg o indica el AMPA, 16.9
cm
2
.
29
4.3 De e minación de la in luencia del lujo de ai e sob e la p esión acús ica media
egis ada.
Da os expe imen ales.
Es necesa io eco da que el disposi i o en el que se in eg a el sis ema de aplicación de
ul asonidos es un secade o con ec i o a baja empe a u a. Po lo an o, el sis ema u iliza ai e
como elemen o de anspo e pa a e i a la humedad del p oduc o. Dicho ai e, se debe eno a
pa a man ene un mayo po encial del secado. Sin emba go, las u bulencias c eadas po el lujo
de ai e pod ían a ec a al campo acús ico. Po ello, la ca ac e ización del campo acús ico se
Figu a 22. P esión acús ica media e in e alos LSD (90%) en el AMPA pa a el ac o po encia.
Figu a 21. P esión acús ica media e in e alos LSD (90%) en el APT pa a el ac o po encia.
P esión acús ica media
P esión acús ica media
Po encia
Po encia
30
ealizó sin co ien e de ai e (0 m/s) y con una elocidad de lujo de ai e ela i amen e baja,
conc e amen e 2 m/s.
Los esul ados ob enidos mos a on que la aplicación de ai e con una elocidad de lujo de ai e
de 2 m/s, edujo de mane a impo an e la p esión acús ica medida en la zona de a amien o en
compa ación con las medidas ealizadas sin lujo de ai e (0 m/s). Es a educción se puede
obse a en la Figu a 24, donde se ep esen a la p esión acús ica egis ada pa a una dis ancia
del ansduc o de 5 cm, una empe a u a de 21℃, una po encia aplicada de 180 W y sin (Figu a
23.1) y con ( igu a 23.2) lujo de ai e (2m/s). Es as medidas de p esión acús ica pun uales
ambién p oduje on una disminución en la p esión acús ica p omedio obse ada an o en el APT
como en el AMPA.
1
8
15
0
10
20
30
40
50
60
70
80
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25
Coo denada Y
P esión acús ica media
Coo denada X
Figu a 23. P esión acús ica media medida sob e el AMPA. 1. Dis ancia del ansduc o a 5cm, empe a u a
21℃, po encia aplicada 180W y sin lujo de ai e (0 m/s). 2. Dis ancia del ansduc o a 5cm, empe a u a 21℃,
po encia aplicada 180W y con lujo de ai e (2 m/s).
1
8
15
0
10
20
30
40
50
60
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25
Coo denada Y
P esión acús ica media
Coo denada X
①
②
31
El e ec o del lujo de ai e sob e la p esión acús ica ambién se ap eció en la p esión acús ica
media (Tabla 2). Así, a las mismas condiciones de abajo (5 cm, 21℃ y 180W), al emplea una
elocidad de lujo de ai e de 2m/s el p omedio del APT (15,09 ± 8,15 Pa) y del AMPA (15,4 ± 7,2
Pa) disminuyó la p esión acús ica egis ada en un 36.1% en compa ación con la p esión acús ica
egis ada en el APT (41,8 ± 13 Pa) y del AMPA (43,1 ± 11,6 Pa) sin aplica co ien e de ai e
(0m/s).
Resul ados ANOVA y LSD.
El análisis de a ianza ANOVA mul i ac o ial indicó que, an o pa a el p omedio de la p esión
acús ica media de e minada en el APT como en el AMPA, el lujo de ai e en la cáma a, cons i uye
un ac o signi ica i o en la p esión acús ica con un ni el de con ianza del 90% (p<0.1).
La de e minación de los in e alos LSD pe mi ió obse a cómo, la p esión acús ica p omedio
egis ada disminuyó signi ica i amen e (p<0.1) de o ma impo an e al se le aplicada un lujo
de ai e con una elocidad de 2m/s an o en el APT (Figu a 24) como en el AMPA (Figu a 25).
Figu a 24. P esión acús ica media e in e alos LSD (90%) en el APT pa a el ac o lujo del
ai e.
P esión acús ica media
Flujo de ai e
37
5. CONCLUSIONES
I. El campo acús ico c eado en el in e io de la cáma a de secado esul ó muy a iable,
p obablemen e debido a las e lexiones de las ondas acús icas en las dis in as
supe icies. Es o obliga a que pa a pode iden i ica la in luencia de las a iables de
p oceso en campo acús ico sea necesa io abaja con da os p omedio.
II. En la zona de a amien o, se iden i ica on dos zonas en las que la p esión acús ica es
supe io . Una p ime a, jus o en la p oyección del ansduc o sob e la zona de
a amien o, y una segunda concén ica, en la que se concen a la ene gía acús ica y que
coincide con la p oyección ocal sob e la zona de a amien o.
III. La dis ancia en e el ansduc o y la zona de a amien o esul ó un ac o signi ica i o
en la p esión acús ica media egis ada. Así, al aumen a la dis ancia, disminuyó la
p esión acús ica. Es o se puede a ibui a la anulación pa cial de las ondas acús icas
debido a las nume osas e lexiones que se p oducen en el in e io de la cáma a.
IV. La po encia eléc ica suminis ada al ansduc o ambién esul ó un ac o signi ica i o.
Así, a la máxima po encia ensayada (180W) se egis ó la mayo p esión acús ica.
V. El lujo de ai e (2 m/s) p odujo una g an educción de la p esión acús ica. Es e e ec o
aumen ó a medida que la dis ancia en e ansduc o y supe icie de a amien o ue
meno . P obablemen e, la educción de dis ancia acili ó la canalización del lujo de ai e
en e el ansduc o y la zona de a amien o, lo que pod ía p oduci una mayo
dis upción del campo acús ico. Además, se iden i icó un lige o desplazamien o del
campo acús ico en la di ección del lujo de ai e.
VI. El e ec o de la empe a u a de la cáma a en la p esión acús ica medida ue muy lige o
no llegando a se signi ica i o (p<0.1).

BIBLIOGRAFIA
38
6. BIBLIOGRAFIA
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