CryoJet

CryoJet / IceJet es un derivado del proceso de mecanizado denominado corte por chorro de agua abrasivo (AWJ) . La tecnología CryoJet/IceJet utiliza partículas de hielo formadas por agua proveniente de un sistema de agua corriente o dulce para cortar el material. Mientras las partículas de hielo cortan el material, se derriten y se depositan en el tanque de agua de la máquina. El agua a presión que actúa como chorro de corte puede reutilizarse, con un filtrado adecuado , creando un circuito cerrado de agua. Sin embargo, la mayoría de los usuarios no reutilizan el agua. Si se utilizara de forma más generalizada, CryoJet podría producir una reducción drástica en la cantidad de residuos abrasivos que se generan actualmente durante el proceso de corte por chorro de agua , ya que esta tecnología no utiliza abrasivos minerales. ^{[ 1 ]}

Existen dos enfoques diferentes para la generación de partículas de hielo.

• Las partículas de hielo se pueden preparar con antelación utilizando un generador de partículas de hielo, almacenarse en un depósito y luego alimentarse al cabezal de inyección convencional basado en el arrastre.
• La necesidad de generadores de partículas de hielo, instalaciones de almacenamiento refrigeradas y equipos de transporte puede eliminarse mediante la formación de las partículas de hielo in situ durante la formación del chorro de agua. En este caso, el chorro de hielo se genera mediante el subenfriamiento de agua a presión y la transformación de fase controlada durante la relajación de la presión en la boquilla del chorro , o mediante la transformación de fase por arrastre de gases líquidos fríos como el nitrógeno líquido (N₂ ₎ (véase: Diagrama de fases del agua ).

En comparación con otras tecnologías de corte como el corte por plasma o el corte por láser , la tecnología tradicional de corte por chorro de agua produce material de desecho adicional (además del material de corte en sí). ^{[ 2 ]} Sobre todo, el uso de abrasivos minerales para mejorar el rendimiento del chorro de corte se está convirtiendo cada vez más en un problema. En primer lugar, para el consumidor , es el factor de costo más significativo del proceso, y en segundo lugar, representa más del 99% del material de desecho generado durante los procesos de corte. Por lo tanto, requiere un sistema de gestión de residuos complejo y costoso . En consecuencia, los investigadores han analizado varios enfoques para eliminar la necesidad de abrasivos minerales manteniendo su potente rendimiento de corte .

La primera investigación experimental sobre la tecnología Ice Jet data de 1982, cuando se crearon las primeras partículas de hielo mediante la trituración mecánica de partículas de hielo más grandes. Galecki y Vickers [Gal82] realizaron limpieza y abrasión de superficies con una técnica de chorro de hielo. Las partículas de hielo se produjeron mediante la refrigeración de bloques de 3 cm, que luego se transfirieron a un recipiente con nitrógeno líquido donde los cubos de hielo se enfriaron aún más, y finalmente se transfirieron a una trituradora mecánica donde se trituraron y posteriormente se introdujeron en una boquilla . 

También en 1982, Krzysztof et al. demostraron que una de las aplicaciones más prometedoras de las partículas de hielo es la tecnología de limpieza. El hielo de agua es un material fácilmente disponible y económico que puede utilizarse como herramienta de fabricación ecológica. Solo se necesitan agua, electricidad y refrigerante para la fabricación de esta herramienta, que puede producirse justo a tiempo. El uso de herramientas de hielo podría prevenir la contaminación y eliminar la contaminación de las piezas de trabajo .

Desde entonces, varios investigadores han desarrollado equipos para producir partículas de hielo, principalmente para fines de limpieza [Set98], pulido [His94] y descontaminación de superficies [Ges99] . Trabajos de investigación más recientes [Shan05] y [Klu05] muestran que las partículas de hielo pueden utilizarse para aplicaciones de chorro de agua como limpieza, desengrase y corte, con su concepto basado en la transferencia de calor por convección entre un gas criogénico frío y gotas de agua atomizadas . Las partículas de hielo se forman dentro del sistema mediante la transferencia del calor latente de las gotas de agua al nitrógeno líquido. Kluz et al. muestran que el flujo de partículas de aire-hielo puede generarse y aplicarse para el procesamiento de biomateriales y alimentos. Los estudios realizados mostraron la viabilidad y eficacia del uso de polvo de hielo fino como abrasivo, siendo la eficiencia energética del proceso aceptable y la tecnología bastante simple. Sin embargo, la productividad del proceso es menor que cuando se utilizan partículas abrasivas minerales.

Una tecnología similar es el tratamiento con chorro híbrido de agua, abrasivo y hielo a alta presión. Esta tecnología se basa en un chorro de agua abrasivo a alta presión con adición de gránulos de hielo seco _de CO₂ . Borkowski et al. [Bor03] demuestran que la eficacia del tratamiento superficial con el chorro híbrido depende de la calidad de las partículas de hielo.