A.0 Cosa sono gli ultrasuoni e quali sorgenti si trovano negli ambienti di lavoro?

Gli ultrasuoni (US) sono onde acustiche ed al pari del rumore e degli infrasuoni sono oggetto, tra gli altri agenti fisici, del Titolo VIII del D.Lgs. 81/08. Gli US sono caratterizzati da frequenze al di sopra del limite superiore di udibilità per l'orecchio umano. Questo limite, soggettivo e variabile con l'età, è compreso nell’intervallo 16 kHz - 20 kHz. Le onde acustiche in questo intervallo di frequenze possono essere considerate “rumore” in presenza di uno spettro continuo di emissione a frequenze inferiori a 20 kHz, in tal caso può essere opportuno fare riferimento alle disposizioni del Capo II del Titolo VIII del D.Lgs. 81/08 dedicato al rumore; al contrario, in presenza di emissioni per lo più tonali a frequenze superiori a 16 kHz, si possono considerare “ultrasuoni” e può essere opportuno fare riferimento alle indicazioni operative riportate nel presente documento dedicato agli US.

Le onde acustiche sono onde meccaniche che, in quanto tali, richiedono un mezzo fisico per la loro propagazione. Le particelle del mezzo vengono messe in oscillazione attorno alla loro posizione di equilibrio e tali oscillazioni sono una perturbazione meccanica che si propaga nel mezzo trasportando energia e non materia.

Quando l’oscillazione delle particelle avviene lungo la direzione di propagazione dell’onda (onda longitudinale), si generano compressioni e rarefazioni del mezzo e l’onda ha le caratteristiche di un’onda di pressione. La pressione, la cui unità di misura è il pascal (Pa), è pertanto, una grandezza fisica rilevante per descrivere gli US.

Nei fluidi (liquidi e gas) l’onda acustica può essere solo longitudinale, mentre nei solidi elastici possono propagarsi anche onde trasversali, caratterizzate da una oscillazione delle particelle ortogonale alla direzione di propagazione dell’onda. In questo caso la grandezza fisica rilevante è lo sforzo di taglio (“shear stress”), la cui unità di misura è comunque la stessa della pressione, il pascal. Per quanto riguarda i tessuti che costituiscono il corpo umano, le onde trasversali possono propagarsi essenzialmente nei tessuti duri quali le ossa, mentre nei tessuti molli, dotati di un basso modulo di taglio, si propagano prevalentemente le onde longitudinali di pressione. Durante l’attraversamento dei mezzi, le onde ultrasoniche sono soggette a fenomeni di attenuazione che agiscono in maniera dissipativa in modo differente a seconda del materiale. In relazione alla natura dei processi fisici che danno origine alla perdita di energia (ad esempio, perdite viscose, conduzione termica, ecc.), l'energia acustica rimossa dall'onda per effetto dell’assorbimento viene depositata nel mezzo sotto forma di calore, dipendendo dalla frequenza dell’onda e dal materiale attraversato.

Nel caso di generazione e propagazione di US in un mezzo diverso dall’aria, la differenza di impedenza fra il mezzo in cui vengono generati (ad esempio l'acqua) e l'aria tipicamente comporta un’elevata riflessione all'interfaccia. Di conseguenza la quasi totalità dell'energia ultrasonica rimane confinata nel mezzo stesso. Tuttavia, in alcuni casi l’emissione di US in aria potrebbe essere rilevante.

Per frequenze superiori a circa 300 kHz, ai fini pratici si può affermare che gli US non si propagano in aria, in quanto i fenomeni di assorbimento diventano rilevanti in percorsi dell’onda dell’ordine del millimetro. In ambiente di lavoro, gli US sono quasi sempre intenzionalmente generati in aria o in altro mezzo fluido (ad esempio acqua), per produrre specifici effetti.

Per quanto riguarda la generazione e propagazione degli US nei solidi, tra le applicazioni in ambito industriale ricordiamo i processi di trafilatura; incisione; saldatura di metalli e plastiche; controlli non distruttivi per la rilevazione dei difetti dei materiali che lavorano con US continui o impulsati; prove a fatica.

Alcuni esempi di possibili sorgenti di US sono:

• macchine e impianti con circolazione di gas ad alta pressione;
• macchine e impianti con parti rotanti o striscianti;
• lavatrici a US;
• bagni a US da laboratorio;
• saldatura in impianti di confezionamento;
• applicazioni mediche in diagnostica e terapia (ecografia, fisioterapia);
• applicazioni in ambito estetico e di medicina estetica.

Alcuni apparati possono essere causa di generazione non intenzionale di US, quali: caldaie, condensatori, sistemi di aria di controllo, valvole, scaricatori di condensa, motori, pompe, ingranaggi, ventilatori, compressori, convettori, quadri meccanici/elettrici, trasformatori, turbine gas/vapore, generatori, iniettori per lubrificazione.

Inoltre, poiché in natura alcune specie animali (es. pipistrelli, cani) hanno una sensibilità agli US maggiore di quella umana, sono stati sviluppati dispositivi di dissuasione basati su US il cui utilizzo in sicurezza potrebbe richiedere restrizioni per la popolazione inconsapevole. Lo schema seguente riassume le principali applicazioni degli US.

Schema delle principali applicazioni degli ultrasuoni.