Caracterización de Arenas y Gravas con Ondas Elásticas

Doctorado en Ingeniería – Facultad de Ingeniería – Universidad Nacional de Cuyo – Año 2007
Lic. Armando Luis Imhof
adaptados a un extenso campo de aplicación, entre los que se pueden mencionar: sensores de
desplazamiento (efecto generador); generadores de señales de sonido y ultrasonido (efecto motor).
En el siglo XX se descubrieron diversos materiales que poseen esta misma capacidad de generar
piezoelectricidad. Son cerámicos probados con óxidos de diversos tipos, por ejemplo Zirconatos y
Titanatos de Pb, los que exhiben mejor comportamiento que cerámicos de otro tipo. Comúnmente
se denominan como PZT. Aunque esta denominación no es del todo precisa, no obstante se la
utilizará a lo largo del trabajo (Gallego Juárez, 1998).
Los tipos más comunes de PZT son dos: i) disk cells (Figura 2.4-a); ii) bender elements (Figura 2.4-
b). Solo se utilizarán los primeros, especiales para generar ondas P. En cuanto a los segundos, se los
utiliza para obtener ondas S principalmente.
2.3.2 Estructura de un Transductor
La Figura 2.5 representa esquemáticamente la estructura típica de los transductores piezoeléctricos
que se construyeron para todos los ensayos a lo largo del presente trabajo de investigación.
PZT: Su función como se mencionó es convertir energía eléctrica en mecánica y viceversa. Un
impulso eléctrico hace vibrar el PZT fundamentalmente a su frecuencia de resonancia (Wells,
1977). La misma es inversamente proporcional al espesor del material piezoeléctrico (siendo el
mismo aproximadamente λ/2) Además el ancho de banda también posee una relación inversa con la
duración de la excitación (Jong-Sub Lee, 2003).
Capa Acoplante (eng. matching layer): Tiene por fin mejorar el acoplamiento entre el PZT y el
medio además de proteger el material componente del mismo. Generalmente es una película de
latón. Esta capa afecta la sensibilidad y ancho de banda del transductor.
Caja (eng.:casing): Para aislar mecánicamente el sistema.
Bloque de Apoyo (eng.: backing block, BA): Tiene la función de recibir la energía transmitida y
amortiguarla (eng.: damping). La impedancia acústica del BA debiera ser lo más parecida a la del
material piezoeléctrico a fin de evitar reflexiones internas. Las ondas con mayor amortiguamiento
poseen menor duración, con ancho de banda mayor y menores amplitudes. En este trabajo se
probaron diversos materiales disponibles utilizándose finalmente una masilla elástica epoxy de
largo tiempo de fraguado que produjo ondas con amortiguación intermedia (eng.:intermediate
damping).
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