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¿Cómo funciona la limpieza con hielo seco?

Posted by Matt Caminiti on Jan 21, 2020 1:17:00 PM

ICE Gráfico

Mucha gente nos pregunta: "¿Cómo funciona la limpieza a chorro de hielo seco?" Nuestra respuesta es: "Hay más de lo que se ve a simple vista".

Otros métodos de chorreado de medios dependen principalmente de la fuerza cinética para eliminar los contaminantes, la cual es generada por el medio que impacta en la superficie.  Dadas las propiedades únicas del hielo seco, el método de limpieza a chorro de hielo seco también depende de la fuerza cinética, pero también incorpora otros dos factores que conducen a un proceso de limpieza más eficiente.    

Antes de entrar en detalles sobre el funcionamiento del método de limpieza a chorro de hielo seco, simplifiquemos y creemos un acrónimo pegadizo que facilite el recuerdo de los tres factores.  En Cold Jet, nos gusta utilizar las siglas ICE:

Impacto

El impacto de los pellets crea un efecto de energía cinética. El hielo seco suave se acelera con aire comprimido a través de boquillas especialmente diseñadas a velocidades supersónicas.

Frío

La temperatura fría de los pellets de hielo seco crea un efecto térmico. La temperatura del hielo seco (-109°F / -78,9°C) hace que el contaminante se fragilice. Esto ayuda a romper la unión entre el sustrato y el contaminante.

Expansión 

Expansión de los pellets de hielo seco. Los pellets de hielo seco se subliman al impactar, expandiéndose volumétricamente en tamaño, eliminando el contaminante.


Más información sobre cómo funciona la Limpieza Criogénica.


Esta es una forma fácil de recordar cómo funciona la limpieza criogénica, pero exploremos más a fondo los tres factores principales que contribuyen al proceso de limpieza.  La limpieza criogénica combina tres factores principales para eliminar los contaminantes:

1. Energía cinética de los pellets
2. Efecto de choque térmico
3. Efecto termo cinético


1) Energía cinética de los pellets

El hielo seco se acelera con aire comprimido a través de una boquilla a velocidades supersónicas.  Cuando el hielo seco choca con el sustrato que se está limpiando se crea un efecto cinético

Este efecto es el que más contribuye al proceso de limpieza cuando los sustratos están a temperatura ambiente o por debajo de ésta.

Incluso a altas velocidades de impacto y con ángulos de impacto directo, el efecto cinético de los pellets de CO2 sólido es mínimo en comparación con otros medios (gravilla, arena, PMB). Esto se debe a la relativa suavidad de una partícula sólida de CO2 (1,5 - 2 en la escala de dureza de Mohs), que no es tan densa y dura como otros medios de proyectiles.

Además, el pellet cambia de fase de un sólido a un gas casi instantáneamente en el momento del impacto. Se transfiere muy poca energía de impacto al revestimiento o al sustrato, por lo que el proceso de limpieza con hielo seco se considera no abrasivo.


2) Efecto de choque térmico

La temperatura (-109°F / -78,9°C) del hielo seco provoca un choque termodinámico que hace que el contaminante se fragilice y se encoja.  Las microfisuras resultantes ayudan a romper la unión entre la superficie y el contaminante. 

La sublimación instantánea (cambio de fase de sólido a gas) del hielo seco en el momento del impacto absorbe el máximo calor de la finísima capa superior del contaminante de la superficie. El calor máximo es absorbido debido al calor latente de la sublimación.

La muy rápida transferencia de calor al hielo seco desde la capa superior del revestimiento crea una diferencia de temperatura extremadamente grande entre las sucesivas microcapas dentro del contaminante. Este agudo gradiente térmico produce altos esfuerzos de cizallamiento localizados entre las microcapas. Los esfuerzos de cizallamiento producidos también dependen de la conductividad térmica del contaminante y del coeficiente de expansión/contracción térmica, así como de la masa térmica del sustrato subyacente.

El alto cizallamiento producido durante un período de tiempo muy breve causa rápidas microfisuras entre las capas que conducen al fracaso de la unión entre el contaminante y la superficie del sustrato.


3) Efecto termo cinético

En el momento del impacto, la disipación de la energía de impacto combinada y la transferencia de calor extremadamente rápida entre el pellet y la superficie hace que las partículas de hielo seco se sublimen o expandan instantáneamente y vuelvan al estado de gas natural.

Durante esta fase de transición de sólido a gas, el volumen de hielo seco se expande hasta 800 veces en unos pocos milisegundos y levanta el contaminante del sustrato.  Se trata efectivamente de una "micro explosión" en el punto de contacto.

La "micro explosión" se mejora para eliminar del sustrato las partículas de recubrimiento fracturadas térmicamente. Esto se debe a la falta de energía de rebote de la partícula de hielo seco, que tiende a distribuir su masa a lo largo de la superficie durante el impacto.

El gas CO2 se expande hacia afuera a lo largo de la superficie y su resultante "frente de choque de explosión" proporciona efectivamente un área de alta presión enfocada entre la superficie y las partículas contaminantes fracturadas térmicamente. Esto resulta en una fuerza de elevación muy eficiente para llevar las partículas lejos de la superficie.

 

 

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