Limpieza Criogénica
¿Cómo funciona la limpieza con hielo seco?
Otros métodos de chorro de arena se basan principalmente en la fuerza cinética para eliminar los contaminantes, que se genera por el impacto del medio sobre la superficie. Dadas las propiedades únicas del hielo seco, el método de hielo seco también se basa en la fuerza cinética, pero además incorpora otros dos factores que dan lugar a un proceso de limpieza más eficaz.
Antes de entrar en detalles sobre cómo funciona la limpieza con hielo seco, simplifiquemos el proceso y creemos un acrónimo pegadizo que facilite recordar los tres factores. En Cold Jet, nos gusta utilizar el acrónimo ICE:
- Impacto
El impacto de los pellets crea un efecto de energía cinética. El hielo seco blando es acelerado por aire comprimido a través de boquillas especialmente diseñadas a velocidades supersónicas.
- Frío
La baja temperatura de los pellets de hielo seco crea un efecto térmico. La temperatura del hielo seco (-78,9 °C) hace que el contaminante se vuelva quebradizo. 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 y eliminando el contaminante.
Energía cinética del pellet
El hielo seco es acelerado por aire comprimido a través de una boquilla a velocidades supersónicas. Cuando el hielo seco
colisiona con el sustrato que se está limpiando, se produce un efecto cinético.
Este efecto es el que más contribuye al proceso de limpieza cuando los sustratos se encuentran a temperatura ambiente o por debajo de ella.
Incluso a altas velocidades de impacto y ángulos de impacto frontales directos, el efecto cinético de los pellets de CO2 sólido es mínimo en comparación con otros medios (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 proyección.
Además, el pellet cambia de fase de sólido a gas casi instantáneamente tras el impacto. Se transfiere muy poca energía de impacto al revestimiento o sustrato, por lo que el proceso de limpieza con hielo seco se considera no abrasivo.
Efecto de choque térmico
La temperatura (-78,9 °C) del hielo seco
provoca un choque termodinámico, lo que hace que el contaminante se vuelva frágil y se contraiga.
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 al impactar absorbe el máximo calor de la capa superior muy fina del contaminante de la superficie. Se absorbe el máximo calor debido al calor latente de sublimación.
La transferencia muy rápida de calor al hielo seco desde la capa superior del recubrimiento crea una diferencia de temperatura extremadamente grande entre las sucesivas microcapas dentro del contaminante. Este fuerte gradiente térmico produce tensiones de cizallamiento localizadas entre las microcapas. Las tensiones de cizallamiento producidas también dependen de la conductividad térmica y del coeficiente térmico de expansión/contracción del contaminante, así como de la masa térmica del sustrato subyacente.
El alto cizallamiento producido en un período de tiempo muy breve provoca microfisuras rápidas entre las capas, lo que conduce a la rotura de la unión entre el contaminante y la superficie del sustrato.
Efecto térmico-cinético
Al producirse el impacto, la disipación de la energía del impacto y la transferencia de calor extremadamente rápida entre el pellet y la superficie provocan que las partículas de hielo seco se sublimen o se expandan instantáneamente y vuelvan al estado de gas natural.
Durante esta transición de fase de sólido a gas, el volumen del hielo seco
se expande hasta 800 veces
en unos pocos milisegundos y levanta el contaminante del sustrato. Se trata, en efecto, de una «microexplosión» en el punto de contacto.
La «microexplosión» se potencia para levantar las partículas de recubrimiento fracturadas térmicamente del sustrato. Esto se debe a la falta de energía de rebote de las partículas de hielo seco, que tienden 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 el «frente de choque de la explosión» resultante proporciona eficazmente un área de alta presión concentrada entre la superficie y las partículas contaminantes fracturadas térmicamente. Esto da como resultado una fuerza de elevación muy eficaz para alejar las partículas de la superficie.
