La limpieza con dióxido de carbono ( limpieza con CO2 ) comprende una familia de métodos para la limpieza y esterilización de piezas , utilizando dióxido de carbono en sus diversas fases . [1] Debido a que no es destructivo, no es abrasivo y no deja residuos, a menudo se prefiere su uso en superficies delicadas. [2] [3] [4] : 275 La limpieza con CO2 ha encontrado aplicación en las industrias aeroespacial , automotriz , electrónica , médica y otras. [5] [6] La limpieza con nieve de dióxido de carbono se ha utilizado para eliminar partículas y residuos orgánicos de metales, polímeros , cerámicas , vidrios y otros materiales, y de superficies que incluyen discos duros y superficies ópticas . [4] : 270
La limpieza con CO 2 ha encontrado aplicación en muchas industrias y áreas técnicas, incluyendo la aeroespacial, automotriz, electrónica, médica, manufacturera, investigación básica y aplicada, y óptica . [5] [6] Los diferentes métodos de limpieza con dióxido de carbono pueden eliminar contaminación gruesa, pintura , capas superpuestas , grasa , huellas dactilares , partículas de hasta nanómetros de tamaño, residuos orgánicos y de hidrocarburos , y residuos radiactivos . Los materiales limpiados incluyen metales, polímeros, cerámicas y vidrios. [4] : 270 La limitación clave es que la contaminación debe estar en la superficie, no enterrada dentro del material. Los materiales porosos no son buenos candidatos para pellets o nieve, pero se pueden limpiar usando CO 2 líquido o supercrítico .
La limpieza con dióxido de carbono se refiere a varios métodos diferentes para la limpieza de piezas, haciendo uso de todas las fases de CO 2 : [7] Los métodos básicos incluyen pellets de hielo seco sólido, CO 2 líquido , nieve de CO 2 (un método híbrido) y CO 2 supercrítico . Las diferentes formas de limpieza con CO 2 pueden limpiar muchos tipos de objetos, desde grandes generadores hasta piezas pequeñas y delicadas, incluidos discos duros y ópticas. [4] : 270
En la limpieza con pellets (" limpieza con hielo seco ") se disparan pellets relativamente grandes de CO2 sólido sobre la superficie que se va a limpiar. Estos pellets chocan contra la superficie y desprenden mecánicamente las partículas contaminantes. La limpieza con pellets sólo es adecuada para superficies lo suficientemente resistentes como para soportar impactos importantes. [1] [4] : 276
En la limpieza de nieve con CO 2 , se expulsa dióxido de carbono comprimido líquido o gaseoso desde una boquilla, condensándose en una mezcla de partículas sólidas y gas, que impactan la superficie a limpiar. [1] [4] : 276 Las velocidades del chorro son frecuentemente supersónicas. [8] La limpieza de nieve funciona mediante una combinación de transferencia de momento (desalojo mecánico de partículas contaminantes) y acción del disolvente . [1] [4] : 273 El CO 2 se sublima al contacto, aumentando en volumen hasta 800 veces, generando así presión para barrer las partículas. [8] El CO 2 también disuelve contaminantes de hidrocarburos, y su baja temperatura fragiliza residuos como las huellas dactilares, lo que hace que sea más fácil eliminarlos con el soplado. [2] [9]
La limpieza de nieve ha encontrado aplicación en las industrias aeronáutica , automotriz , médica , óptica , de semiconductores y espacial . Puede proporcionar una limpieza suave, apropiada para superficies delicadas. [2] [4] : 270 [9] La eficacia de la limpieza de nieve con dióxido de carbono se ha demostrado mediante microscopía óptica , conteo de partículas, microscopía electrónica de barrido , microsondaje , espectroscopia fotoelectrónica de rayos X , microscopía de fuerza atómica , [10] [11] y espectroscopia de masas . [4] : 279
Los costos de los equipos para un sistema de limpieza de nieve con dióxido de carbono pueden variar desde US$1.500 para un sistema básico hasta US$50.000 para una unidad automatizada de alta gama. [4] : 292 Los costos de los materiales son comparativamente bajos, aunque a menudo se debe utilizar CO 2 ultrapuro para evitar la introducción de nuevos contaminantes.
A temperaturas y presiones superiores a su punto crítico , el CO2 puede mantenerse como un fluido supercrítico , que exhibe una viscosidad extremadamente baja y una alta solvencia . Para aplicar este método, las piezas que se van a limpiar se encierran en un recipiente a presión que luego se llena con CO2 supercrítico . Este método es apropiado para piezas pequeñas y delicadas como la microelectrónica, y no es ideal para la eliminación de partículas. [12] [1] Además de la limpieza, las aplicaciones del dióxido de carbono supercrítico incluyen la extracción química dirigida con fluidos supercríticos y el procesamiento de materiales.
El lavado con CO2 líquido , al igual que el lavado con CO2 con fluido supercrítico , se basa en el alto poder disolvente del CO2 , [ 4] : 275 pero a temperaturas y presiones más bajas, lo que hace que sea más sencillo de implementar. Debido a que el CO2 líquido no tiene el poder disolvente del fluido supercrítico, se puede agregar agitación y surfactantes para mejorar la eficacia del método. [1] El CO2 líquido se ha utilizado en la limpieza en seco y el desengrasado de piezas mecanizadas .
La limpieza con dióxido de carbono se contempló en la década de 1930, y el método de "pellets" fue desarrollado en la década de 1970 por EE Rice, CH Franklin y CC Wong. [4] : 276
La introducción de la limpieza de nieve con CO2 , con su capacidad para eliminar partículas de escala submicrónica, se le atribuye a Stuart Hoenig de la Universidad de Arizona , quien publicó por primera vez sobre el tema en 1985-1986. [4] : 277 [13] Hoenig viajó a los EE. UU. para demostrar la tecnología, y finalmente atrajo el interés de The BOC Group , que desarrolló boquillas Venturi para el proceso, y Hughes Aircraft , que desarrolló boquillas rectas. [14] La limpieza de nieve con CO2 fue desarrollada aún más por el Instituto Fraunhofer de Ingeniería de Fabricación y Automatización (IPA) , con el propósito de eliminar la pintura de los fuselajes de las aeronaves . [9]
El diseño de la boquilla es el factor más importante en el rendimiento de la limpieza de nieve con dióxido de carbono, ya que afecta el tamaño y la velocidad de las partículas de hielo seco. [4] : 277–278 WH Whitlock, LL Layden, Applied Surface Technologies y Sierra Systems Group han desarrollado variaciones en el diseño de la boquilla. [4] : 277
La limpieza con CO2 puede presentar ciertos riesgos de seguridad. Si el proceso se utiliza para eliminar materiales peligrosos, se deben tomar precauciones para evitar la exposición a estos materiales en la corriente de ventilación. Debido a que la corriente de CO2 es criogénica , puede causar lesiones con el contacto directo con la piel. Además, se debe tener cuidado para evitar que la concentración de dióxido de carbono en el área de trabajo exceda los niveles seguros . [4] : 272 [15]
Algunos grados comerciales de dióxido de carbono pueden contener trazas de hidrocarburos pesados , que pueden quedar en la superficie que se está limpiando. También puede ser necesario filtrar las partículas abrasivas que se originan en el propio equipo de limpieza. La baja temperatura de la corriente de dióxido de carbono también puede inducir la condensación de humedad en la pieza, que puede mitigarse con placas calefactoras , pistolas de calor , lámparas de calor o cajas secas . [4] : 292–294
La ionización causada por el gas que fluye puede generar una acumulación de carga estática potencialmente dañina en las piezas no conductoras . Esto se puede mitigar mediante la conexión a tierra o fuentes de ionización positiva. [4] : 294