La limpieza criogénica es una forma de limpieza con dióxido de carbono , en la que el hielo seco , la forma sólida del dióxido de carbono , se acelera en una corriente de aire presurizado y se dirige a una superficie para limpiarla.
El método es similar a otras formas de limpieza con medios, como la limpieza con arena , la limpieza con perlas de plástico o la limpieza con soda, en el sentido de que limpia las superficies utilizando un medio acelerado en una corriente de aire presurizado, pero la limpieza con hielo seco utiliza hielo seco como medio de limpieza. La limpieza criogénica no es abrasiva, no conductora, no es inflamable ni tóxica.
La limpieza criogénica es un método de limpieza eficaz [1] [ se necesita verificación ] . El hielo seco está hecho de dióxido de carbono recuperado que se produce a partir de otros procesos industriales y es un medio aprobado por la EPA , la FDA y el USDA . También reduce o elimina la exposición de los empleados al uso de agentes químicos de limpieza.
En comparación con otros métodos de limpieza criogénica, la limpieza criogénica no genera residuos secundarios ni residuos químicos, ya que el hielo seco se sublima o vuelve a convertirse a un estado gaseoso cuando golpea la superficie que se está limpiando. La limpieza criogénica no requiere limpieza del medio de limpieza. [2] Los productos de desecho, que incluyen solo los medios desalojados, se pueden barrer, aspirar o lavar dependiendo de la contención.
La limpieza criogénica implica impulsar pellets a velocidades extremadamente altas. Los gránulos de hielo seco reales son bastante blandos y mucho menos densos que otros medios utilizados en la limpieza a chorro (es decir, arena o gránulos de plástico). Tras el impacto, el perdigón se sublima casi inmediatamente, transfiriendo una energía cinética mínima a la superficie en el momento del impacto y produciendo una abrasión mínima. El proceso de sublimación absorbe un gran volumen de calor de la superficie, produciendo tensiones de corte debido al choque térmico . [3] Se supone que esto mejora la limpieza ya que se espera que la capa superior de suciedad o contaminante transfiera más calor que el sustrato subyacente y se desprenda más fácilmente. La eficiencia y eficacia de este proceso depende de la conductividad térmica del sustrato y del contaminante. El rápido cambio de estado de sólido a gas también provoca ondas de choque microscópicas , que también se cree que ayudan a eliminar el contaminante.
El hielo seco utilizado puede estar en forma de gránulos sólidos o raspado de un bloque de hielo más grande. El bloque de hielo raspado produce un medio de hielo menos denso y es más delicado que el sistema de pellets sólidos. Además, los gránulos se pueden fabricar comprimiendo nieve con hielo seco o utilizando tanques de CO2 líquido para formar gránulos sólidos. [4] El hielo seco elaborado con nieve comprimida se rompe más fácilmente y no es tan agresivo para la limpieza.
La tecnología de limpieza criogénica tiene sus orígenes en la limpieza abrasiva convencional . Las diferencias entre una máquina de granallado abrasivo y una máquina de granallado con hielo seco están en cómo manejan el medio de granallado. A diferencia de la arena u otros medios, el hielo seco se utiliza generalmente a su temperatura de sublimación. Otras diferencias incluyen sistemas para evitar que el hielo forme bolas de nieve y diferentes materiales para permitir el funcionamiento a temperaturas muy bajas.
Hay dos métodos de limpieza criogénica: dos mangueras y una sola manguera. El sistema de manguera única es más agresivo para la limpieza, ya que las partículas se aceleran a velocidades más rápidas.
La limpieza criogénica con dos mangueras se desarrolló antes que el sistema de una sola manguera. El método de limpieza criogénica con dos mangueras es muy similar a un sistema de limpieza abrasiva con alimentación por succión. El aire comprimido se suministra a través de una manguera y los gránulos de hielo se aspiran por una segunda manguera mediante el efecto Venturi . En comparación con un sistema de una sola manguera, el sistema de dos mangueras libera partículas de hielo con menos fuerza (aproximadamente un 5 % para un suministro de aire determinado). Para una determinada cantidad de aire comprimido, los sistemas de dos mangueras pueden tener una distancia vertical menor entre la máquina y el aplicador. Para la mayoría de los sistemas disponibles hoy en día, este límite supera con creces los 7,5 m (25 pies). Los sistemas de dos mangueras son generalmente más baratos de producir debido a un sistema de entrega más simple. Estos sistemas rara vez se ven hoy en día porque son menos eficientes en la mayoría de las aplicaciones. Su principal ventaja es que permiten que se entreguen partículas de hielo más finas al aplicador, ya que la combinación tardía de aire caliente con hielo frío da como resultado una menor sublimación en la manguera. Estos sistemas permiten limpiar superficies más delicadas, como los semiconductores. [ cita necesaria ]
La primera máquina de limpieza criogénica que se comercializó fue un sistema de manguera única. Fue desarrollado por Cold Jet, LLC en 1986, [5] [6] y utiliza una sola manguera para suministrar ráfagas de aire y hielo seco. Las máquinas de limpieza con hielo seco de una sola manguera comparten muchas de las ventajas de los sistemas de chorro abrasivo de una sola manguera. Para evitar los peligros potenciales de una tolva presurizada, las máquinas de limpieza con hielo seco de una sola manguera utilizan una esclusa de aire de ciclo rápido. El sistema de manguera única puede utilizar una manguera más larga que su contraparte de manguera doble sin una caída significativa de presión cuando el hielo sale de la manguera. La potencia adicional tiene el costo de una mayor complejidad. Los sistemas de una sola manguera se utilizan cuando una limpieza más agresiva es una ventaja. Esto permite limpiar las acumulaciones más pesadas y permite limpiar más rápidamente las acumulaciones moderadas.
En 2014, una empresa eslovaca, ICS Ice Cleaning Systems, patentó un conjunto de rodillos trituradores para reducir el tamaño de las partículas que salen de la pistola aplicadora. Esto permitió al operador controlar por primera vez el tamaño fraccional de cada bolita de hielo seco. Desde el estándar internacional de 3 mm a 1,5 mm y más pequeño si lo desea. Simplemente presionando un botón electrónico. Permitiendo aplicaciones en superficies más delicadas sin dañarlas.
Además, se podrían disparar estas fracciones más pequeñas de gránulos de hielo seco hacia múltiples superficies con diferentes revestimientos, composiciones y texturas, al tiempo que se mitigan los riesgos de superficies dañadas. Si bien se habían intentado anteriormente con dispositivos de fragmentación de boquillas, estos nuevos rodillos trituradores proporcionaron una precisión y una eficiencia que no se habían logrado anteriormente. En 2020, un emprendedor con sede en Florida y fundador de la comunidad DryceNation comenzó a compartir este método que fue inmediatamente bien recibido por la industria de automóviles de colección. Los vídeos en las plataformas de redes sociales aceleraron aún más este proceso, que fue ampliamente aceptado en 2022.
La limpieza criogénica se utiliza en muchos tipos diferentes de industrias. Las propiedades únicas del hielo seco lo convierten en una solución de limpieza ideal en muchos entornos comerciales y de fabricación.
La limpieza criogénica puede limpiar numerosos objetos con geometrías diferentes y complejas a la vez, por lo que la limpieza de moldes de plástico y caucho es una aplicación principal de esta tecnología. [7] El hielo seco reemplaza los métodos de limpieza tradicionales que dependen del fregado manual y el uso de agentes de limpieza químicos. La limpieza criogénica limpia los moldes in situ a la temperatura de funcionamiento, lo que elimina la necesidad de detener la producción para su limpieza. [8]
La limpieza criogénica se puede utilizar para limpiar equipos de procesamiento de alimentos . [9] Ya en 2004, la Agencia de Normas Alimentarias del Reino Unido documentó el proceso para descontaminar eficazmente superficies de Salmonella enteritidis , E. coli y Listeria monocytogenes de manera que estos microorganismos no sean detectables mediante métodos microbiológicos convencionales. [10] "Como resultado de dos brotes de salmonelosis asociados con el consumo de mantequilla de maní y alimentos para bebés en 2006-2007, [11] [12] los miembros de la GMA , como Cargill , hicieron un esfuerzo" para reevaluar las prácticas de la industria para eliminar salmonella en productos con bajo contenido de humedad" porque " los brotes de Salmonella provenientes de productos con bajo contenido de humedad son relativamente raros, pero a menudo afectan a un gran número de personas". Como resultado de este esfuerzo, surgió un documento que describe una variedad de métodos de limpieza sin agua, [13] incluida la limpieza criogénica con hielo seco.
También se puede utilizar para limpiar algunos equipos sin necesidad de desmontarlos y sin producir incendios o riesgos eléctricos. La EPA recomienda la limpieza criogénica como alternativa a muchos tipos de limpieza a base de solventes. [14]
El proceso de limpieza se puede utilizar para remediar desastres, incluidos daños por moho , humo, fuego y agua. [15]
Debido a la naturaleza no abrasiva del hielo seco y la ausencia de desechos secundarios en el proceso de limpieza, la limpieza criogénica se utiliza en proyectos de conservación y preservación histórica . El proceso de limpieza se utilizó en la conservación del USS Monitor [16] y del Museo de Arte de Filadelfia . [17]
Debido a que los medios de granallado se subliman sin dejar residuos, la limpieza criogénica se utiliza en las industrias de semiconductores , aeroespacial y de fabricación de dispositivos médicos [18] .
El proceso de limpieza también se utiliza en otros entornos de fabricación, como la limpieza de equipos de producción en líneas de soldadura automatizadas, [19] limpieza de herramientas compuestas , [20] limpieza de prensas de impresión industriales , [21] limpieza de moldes y equipos utilizados en fundiciones , [22] y para limpiar equipos y herramientas en entornos terrestres y marinos en la industria del petróleo y el gas.
La limpieza criogénica también se utiliza para desbarbar y desbarbar piezas [23] y en la preparación de superficies antes de pintar.
El dióxido de carbono es cada vez más tóxico a partir de concentraciones superiores al 1% [24] y también puede desplazar el oxígeno, provocando asfixia si el equipo no se utiliza en un área ventilada. Además, debido a que el dióxido de carbono es más pesado que el aire, se requiere que los respiraderos de escape estén al nivel del suelo o cerca de él para eliminar el gas de manera eficiente. A presión normal, el hielo seco es de -78 °C (-108 °F) y debe manipularse con guantes aislantes. Se requiere protección para los ojos y los oídos para utilizar de forma segura el equipo de limpieza con hielo seco.
Se cree que la Marina de los EE. UU., en 1945, fue la primera en experimentar con la voladura con hielo seco. Estaban interesados en utilizar la tecnología para diversas aplicaciones desengrasantes. [25]
En 1959, Unilever presentó una patente para utilizar la limpieza criogénica (o la limpieza criogénica con agua, o alguna combinación de ambas) como método para separar la carne de los huesos. [26]
En 1971, Chemotronics International Inc. presentó una patente para el uso de limpieza criogénica con el fin de desbarbar y desbarbar. [27]
Lockheed Martin presentó una patente para la limpieza criogénica en 1974. [28]
Las primeras patentes relativas al desarrollo y diseño de la moderna tecnología de limpieza criogénica con una sola manguera se otorgaron a David Moore de Cold Jet, LLC en 1986, 1988 ( patente estadounidense 4.617.064 y patente estadounidense 4.744.181 ).
[E]l primer subtítulo de la sección Resultados era incorrecto. El subtítulo debería haber aparecido como
Salmonella
Wandsworth.
(El original tenía " Salmonella wandsworth ".)