La tecnología del ultrasonido industrial ha recorrido un largo camino desde sus inicios en la detección de defectos en materiales y la medición de espesores. A lo largo de las décadas, esta tecnología ha experimentado una evolución constante, permitiendo avances significativos en la inspección y evaluación de componentes y estructuras en una amplia variedad de industrias, desde la manufactura hasta la medicina¹.

Los dispositivos ultrasónicos pueden detectar objetos, medir distancias, realizar limpiezas profundas, ayudar en la fabricación industrial y mejorar la atención médica. Los usos crecen con los avances en la fabricación de componentes ultrasónicos, lo que proporciona alternativas menos invasivas y de menor costo.

¿Para qué sirve el ultrasonido industrial?

Las pruebas ultrasónicas son mayormente utilizadas en el ámbito industrial para:

Evolución histórica del ultrasonido industrial

Desde sus inicios como técnica experimental hasta su integración con inteligencia artificial y robótica, el ultrasonido industrial ha recorrido un camino de innovación continua al servicio de la inspección no destructiva.

Los primeros pasos

En 1880, los hermanos Pierre y Jacques Curie descubrieron la piezoelectricidad, base del ultrasonido moderno².

En 1912, tras el hundimiento del Titanic, Lewis Fry Richardson propuso el uso de ecos ultrasónicos para detectar objetos submarinos, lo que impulsó su desarrollo en la Primera Guerra Mundial. En 1917, Paul Langévin y Constantin Chilowsky diseñaron el primer generador piezoeléctrico de ultrasonido de alta potencia. A partir de 1924, el Dr. S. Y. Sokolov aplicó las ondas ultrasónicas a la inspección de materiales, y durante la Segunda Guerra Mundial, alemanes y soviéticos desarrollaron dispositivos con fines militares. En 1948, los hermanos Krautkramer perfeccionaron esta tecnología como herramienta de inspección industrial.

Los equipos detectores de defectos

Durante la década de 1940, la Segunda Guerra Mundial impulsó el desarrollo de tecnologías de inspección no destructiva, incluido el ultrasonido industrial. Los detectores de defectos ultrasónicos se convirtieron en una herramienta esencial empleados para evaluar la integridad de los componentes estructurales utilizados en aeronaves y maquinaria militar. Estos dispositivos eran relativamente rudimentarios en comparación con las tecnologías actuales, pero marcaron el comienzo de la era de la inspección ultrasónica.

Fotografía de equipo antiguo de ultrasonido industrial — Figura 1. Equipo antiguo de ultrasonido.

Avances técnicos y nuevos usos

Durante los años 50 y 60, se mejoraron los transductores ultrasónicos, incrementando su resolución y sensibilidad. El desarrollo de materiales piezoeléctricos cerámicos y la evolución de la electrónica permitió mediciones más precisas, localización de defectos y una mayor eficiencia en pruebas no destructivas (END). Estos avances hicieron posible la detección de defectos más pequeños y la evaluación de materiales más delgados³.

Aplicaciones industriales

Desde fines de los 60, el ultrasonido se incorporó a la evaluación de soldadura en materiales termoplásticos, mejorando procesos de fabricación de componentes electrónicos, médicos y de empaque. En el ámbito de la inspección no destructiva, las pruebas ultrasónicas se consolidan como técnica para evaluar soldaduras, equipos y estructuras críticas en sectores como energía, aviación, petroquímica y construcción naval.

Innovaciones en los años 80 y 90

En esta década el ultrasonido industrial evolucionó con la introducción de tecnologías más precisas y automatizadas como:

Phased Array Ultrasonic Testing (PAUT)

Con esta técnica se marcó un gran avance, al usar múltiples transductores que dirigen y enfocan haces ultrasónicos electrónicamente, mejorando la inspección en geometrías complejas. Luego surgió la técnica de Focalización Total (TFM), que permitió reconstrucciones de alta resolución en áreas específicas, optimizando la detección y caracterización de defectos.

Time of Flight Diffraction (TOFD)

Técnica basada en la difracción de ondas ultrasónicas al atravesar discontinuidades. Utiliza dos transductores ubicados a ambos lados de la soldadura, uno emisor y otro receptor. A diferencia de otras técnicas, TOFD detecta las ondas difractadas en los extremos de las discontinuidades, lo que permite calcular con exactitud la altura y posición de los defectos, incluso los más pequeños.

Ultrasonido láser (LU)

Representa un avance futurista en la inspección no destructiva. Se basa en la generación de ondas ultrasónicas mediante pulsos láser que impactan la superficie del material, eliminando el contacto físico y la necesidad de acoplantes. Es ideal para inspeccionar componentes de geometría compleja o en ambientes extremos, aunque su implementación está en expansión, ofrece gran potencial para automatización remota, digitalización de datos aplicaciones aeroespaciales, nucleares o de difícil acceso.

Sistemas de inspección automatizados

En paralelo, los avances en automatización permitieron el desarrollo de robots para las pruebas ultrasónicas, capaces de operar en entornos complejos, como el interior de tuberías. Estos sistemas realizan escaneos precisos en geometrías variables, generando datos en tiempo real, reduciendo riesgos para el personal y elevando la eficiencia del mantenimiento predictivo.

Equipo de ultrasonido industrial Phased Array — Figura 2. Equipo Ultrasónico Phased Array.

Avances en electrónica digital

Los avances digitales han transformado los sistemas de ultrasonido industrial, haciendo más eficientes la adquisición, procesamiento y análisis de señales. Los paneles de control ahora ofrecen interfaces intuitivas e integración con plataformas de gestión de datos.

El Internet de las Cosas (IoT) y el Big Data han impulsado aún más esta evolución. Los equipos actuales permiten almacenamiento seguro en la nube, respaldo automático en tiempo real y comunicación inalámbrica para generar informes instantáneos y análisis avanzados.

El IoT está redefiniendo las inspecciones por ultrasonido, al facilitar el monitoreo continuo mediante sensores integrados y reemplazar las evaluaciones periódicas por diagnósticos basados en condición.

Simulación por Elementos Finitos

La Simulación por Elementos Finitos⁴ se convirtió en una herramienta esencial en el diseño de transductores ultrasónicos y de la optimización de técnicas de inspección. Estas simulaciones permiten a los ingenieros modelar la propagación de ondas ultrasónicas en materiales y componentes; lo cual, ayuda a predecir cómo se comportarán las ondas ultrasónicas en una variedad de situaciones. Esta capacidad ha llevado a mejoras significativas en la sensibilidad y resolución de las pruebas ultrasónicas

Innovaciones tecnológicas

Digitalización e integración IoT: Los sistemas modernos incorporan adquisición digital, pantallas intuitivas y almacenamiento en la nube, facilitando el monitoreo remoto y la generación de informes en tiempo real, significativos en estrategias de mantenimiento predictivo
Inteligencia artificial y machine learning: Los algoritmos de IA procesan datos ultrasonoros para optimizar interpretación y reducir falsos positivos. Ayudan en la planificación de inspección automatizada a partir de modelos CAD y la identificación precisa de defectos sutiles con beamforming optimizado
Avances en transductores:
- CMUT (transductores MEMS): Más pequeños, económicos y con alta relación señal/ruido, útiles en automoción e industria electrónica
- Transductores GaN: Amplían el ancho de banda, ideales para inspección de turbinas y componentes a alta temperatura
- Sondas de elementos duales: Combinan modos «pulse-echo» y «pitch-catch», mejorando la inspección de materiales compuestos
Phased Array y TFM mejorados:
- El Ultrasonido por Arreglo de Fase (PAUT) sigue siendo estándar en inspección de soldaduras y piezas complejas
- La Técnica de Focalización Total (TFM) ha evolucionado a imágenes multianchura y multimodalidad (longitudinal, cortante, superficial), mejorando sensibilidad en grietas superficiales y profundas.
Robótica y 5G: Robots rastreadores con PAUT y conectividad 5G realizan inspecciones autónomas en tanques, tuberías y cascos navales. Esta tendencia se enmarca en la industria 4.0 y el concepto de NDE 4.0, que integra sensórica, redes y análisis avanzado de datos
Simulación y Big Data: La simulación por elementos finitos sigue optimizando el diseño de transductores y estrategias TFM; además, la recolección de datos masivos permite mejorar algoritmos y predecir fallas antes de que ocurran.

El futuro del ultrasonido industrial

Inteligencia artificial y aprendizaje automático

Uno de los desarrollos más importantes en el ultrasonido industrial es la incorporación de inteligencia artificial (IA) y aprendizaje automático (Machine Learning). Estas tecnologías permiten siguiente:

Algoritmos de IA mejoran la detección de defectos sutiles y reducen falsos positivos.
Beamforming adaptativo y CAD-integrado optimizan la planificación de inspecciones.
Sistemas robóticos autónomos combinan visión y ultrasonido para detectar fugas y arcos en gasoductos industriales con precisión de casi 99 % .

Ultrasonido en tiempo real y portabilidad

Los avances en hardware y software han permitido el desarrollo de sistemas de ultrasonido en tiempo real y dispositivos portátiles, brindando a los inspectores la capacidad de realizar pruebas ultrasónicas en el campo de manera más eficiente. Los sistemas portátiles son particularmente útiles en aplicaciones de mantenimiento predictivo, donde se pueden llevar a cabo inspecciones rápidas y precisas en el lugar.

Comunicación y conectividad

La capacidad de compartir datos ultrasónicos de manera rápida y segura ha mejorado significativamente con la adopción de tecnologías de comunicación y conectividad. Los resultados de las pruebas ultrasónicas se pueden enviar a la nube para su análisis, compartir con expertos a distancia y almacenar de manera segura para referencias futuras. Esta conectividad agiliza el proceso de toma de decisiones y la colaboración en tiempo real.

Dispositivos conectados e IoT

La integración en la nube vía IoT permite análisis en tiempo real, copias de seguridad y evaluación de condiciones operativas. Estrategias de predictive maintenance reducen paros y costos operativos hasta en un 30%.

Transductores avanzados

CMUTs (transductores MEMS): Ccompactos y con mejor ratio señal-ruido, ideales para dispositivos portátiles.m
Transductores de nitruro de galio (GaN): Más anchos en frecuencia, ideales para componentes de alta temperatura.
Sondas duales («pulse-echo» + «pitch-catch»): Mejoran la inspección de materiales compuestos con capas diferenciadas.

Phased Array y TFM de próxima generación

PAUT permite iluminación controlada electrónicamente y mejor precisión en soldaduras y estructuras complejas.
TFM avanza hacia imágenes multidireccionales combinando modos longitudinal, cortante y superficial.

Robótica y 5G

Robots móviles equipados con ultrasonido permiten inspección en tuberías, tanques y casco de barcos.
La conectividad 5G facilita la transmisión instantánea de datos a la nube, potenciando estrategias NDE 4.0.

Retos y desafíos

Costos elevados de equipos avanzados como PAUT y robots.
Necesidad de personal altamente capacitado para operar y analizar interpretaciones complejas.
Asegurar la calidad de datos: sensores precisos, calibración continua y validación de algoritmos.
Ciberseguridad en dispositivos conectados a la nube y redes industriales.

Conclusiones

El ultrasonido industrial ha evolucionado desde una técnica básica de detección de defectos hasta convertirse en una herramienta indispensable en Inspección No Destructiva y fabricación industrial. Los avances en transductores, electrónica, simulación y escaneo han mejorado significativamente su precisión y eficiencia.

Hoy, con la integración de inteligencia artificial, portabilidad y la IoT, esta tecnología permite automatizar procesos, optimizar el mantenimiento predictivo y facilitar inspecciones remotas en tiempo real. Su potencial de adaptación a entornos complejos y su aporte a la integridad operacional la consolidan como una tecnología crítica en múltiples sectores industriales.

Referencias

Krzysztof J. Opieliński; «Special Issue on Ultrasound Technology in Industry and Medicine» ; Applied. Sciences; 2023, 13(3), 1455. https://www.mdpi.com/2076-3417/13/3/1455
https://www.nde-ed.org/NDETechniques/Ultrasonics/Introduction/history.xhtml
https://es.wikipedia.org/wiki/Ultrasonido
https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1757-899X/657/1/012011