Chorro de hielo seco

La limpieza con hielo seco es una forma de limpieza con dióxido de carbono , donde el hielo seco , la forma sólida del dióxido de carbono , se acelera en una corriente de aire a presión y se dirige a una superficie para limpiarla. ^{[ 1 ] [ 2 ]}

Este método es similar a otras formas de limpieza con chorro abrasivo, como el chorro de arena , el chorro de microesferas de plástico o el chorro de bicarbonato de sodio , ya que limpia las superficies mediante un medio acelerado por una corriente de aire a presión. Sin embargo, la limpieza con hielo seco utiliza hielo seco como medio de limpieza. El hielo seco no es abrasivo, no es conductor, no es inflamable y no es tóxico.

La limpieza con hielo seco es un método de limpieza eficiente ^{[ 3 ]} . El hielo seco se fabrica con dióxido de carbono reciclado proveniente de otros procesos industriales y es un medio aprobado por la EPA , la FDA y el USDA . Además, reduce o elimina la exposición de los empleados al uso de agentes de limpieza químicos.

En comparación con otros métodos de limpieza con chorro abrasivo, el chorro con hielo seco no genera residuos secundarios ni químicos, ya que el hielo seco se sublima , es decir, vuelve a su estado gaseoso, al entrar en contacto con la superficie que se está limpiando. El chorro con hielo seco no requiere la limpieza del medio de limpieza. ^{[ 4 ]} Los residuos, que incluyen únicamente el material desprendido, pueden recogerse con escoba, aspiradora o agua, según el método de contención.

El chorreado con hielo seco consiste en propulsar gránulos a velocidades extremadamente altas. Los gránulos de hielo seco son bastante blandos y mucho menos densos que otros medios utilizados en la limpieza por chorreado (por ejemplo, arena o gránulos de plástico). Al impactar, el gránulo se sublima casi inmediatamente, transfiriendo una mínima energía cinética a la superficie y produciendo una abrasión mínima. El proceso de sublimación absorbe un gran volumen de calor de la superficie, produciendo esfuerzos cortantes debido al choque térmico . ^{[ 5 ]} 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 efectividad de este proceso dependen de la conductividad térmica del sustrato y del contaminante. El rápido cambio de estado de sólido a gas también causa ondas de choque microscópicas , que también se cree que ayudan a eliminar el contaminante.

El hielo seco utilizado puede presentarse en forma de gránulos sólidos o raspado de un bloque de hielo más grande. El hielo raspado produce un medio de hielo menos denso y es más delicado que el sistema de gránulos sólidos. Además, los gránulos pueden fabricarse comprimiendo nieve de hielo seco o utilizando tanques de CO₂ _líquido para formar gránulos sólidos. ^{[ 6 ]} El hielo seco hecho con nieve comprimida se desintegra más fácilmente y es menos agresivo para la limpieza.

La tecnología de limpieza con hielo seco tiene sus orígenes en la limpieza abrasiva convencional . Las diferencias entre una máquina de limpieza abrasiva y una de limpieza con hielo seco radican en cómo manejan el material abrasivo. A diferencia de la arena u otros materiales, el hielo seco se utiliza generalmente a su temperatura de sublimación. Otras diferencias incluyen sistemas para evitar que el hielo forme atascos similares a bolas de nieve y el uso de diferentes materiales que permiten operar a temperaturas muy bajas.

Existen dos métodos de limpieza con hielo seco: con dos mangueras y con una sola. El sistema de una sola manguera es más agresivo para la limpieza, ya que las partículas se aceleran a mayor velocidad.

El sistema de chorro de hielo seco de dos mangueras se desarrolló antes que el de una sola manguera. Este sistema es muy similar a un sistema de chorro abrasivo con alimentación por succión. El aire comprimido se suministra por 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 suministra las partículas de hielo con menos fuerza (aproximadamente un 5 % menos para un suministro de aire determinado). Para una cantidad dada de aire comprimido, los sistemas de dos mangueras pueden tener una menor distancia vertical entre la máquina y el aplicador. Para la mayoría de los sistemas disponibles actualmente, este límite supera ampliamente los 7,5 m (25 pies). Los sistemas de dos mangueras suelen ser más económicos de producir debido a un sistema de suministro más simple. Estos sistemas rara vez se ven hoy en día, ya que son menos eficientes en la mayoría de las aplicaciones. Su principal ventaja radica en que permiten suministrar partículas de hielo más finas al aplicador, ya que la combinación tardía de aire caliente con hielo frío produce una menor sublimación en la manguera. Estos sistemas permiten limpiar superficies más delicadas, como los semiconductores.

La primera máquina de limpieza con hielo seco comercializada fue un sistema de una sola manguera. Fue desarrollada por Cold Jet, LLC en 1986, ^{[ 7 ] [ 8 ]} y utiliza una sola manguera para suministrar chorros 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 limpieza abrasiva 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 una sola manguera puede usar una manguera más larga que su contraparte de doble manguera sin una caída significativa de presión cuando el hielo sale de la manguera. La potencia adicional conlleva una mayor complejidad. Los sistemas de una sola manguera se utilizan donde una limpieza más agresiva es ventajosa. Esto permite limpiar acumulaciones más pesadas y permite limpiar acumulaciones moderadas más rápidamente.

En 2014, la 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 operario, por primera vez, controlar el tamaño fraccional de cada gránulo de hielo seco, desde el estándar internacional de 3 mm hasta 1,5 mm e incluso más pequeños si se deseaba, simplemente pulsando un botón electrónico. Esto posibilita la aplicación en superficies más delicadas sin dañarlas.

Además, se podrían proyectar estas fracciones más pequeñas de gránulos de hielo seco hacia múltiples superficies con distintos recubrimientos, composiciones y texturas, minimizando así el riesgo de daños. Si bien ya se había intentado con dispositivos de fragmentación de boquillas, estos nuevos rodillos trituradores ofrecieron una precisión y eficiencia sin precedentes. En 2020, un emprendedor de Florida, fundador de la comunidad DryceNation, comenzó a compartir este método, que fue recibido con gran entusiasmo por la industria de los autos de colección. Los videos en redes sociales impulsaron aún más este proceso, que para 2022 ya gozaba de amplia aceptación.

La limpieza con hielo seco se utiliza en muchos tipos de industrias. Las propiedades únicas del hielo seco lo convierten en una solución de limpieza ideal en numerosos entornos comerciales y de fabricación.

La limpieza con hielo seco permite limpiar simultáneamente numerosos objetos con geometrías complejas y diversas, razón por la cual la limpieza de moldes de plástico y caucho es una de las principales aplicaciones de esta tecnología. ^{[ 9 ]} El hielo seco reemplaza los métodos de limpieza tradicionales que dependen del frotamiento manual y el uso de agentes químicos. La limpieza con hielo seco limpia los moldes in situ a temperatura de funcionamiento, lo que elimina la necesidad de detener la producción para la limpieza. ^{[ 10 ]}

El dióxido de carbono es cada vez más tóxico a partir de concentraciones superiores al 1 % ^{[ 25 ]} 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 requieren salidas de ventilación a nivel del suelo o cerca de él para eliminar el gas de manera eficiente. A presión normal, el hielo seco tiene una temperatura de -78 °C (-108 °F) y debe manipularse con guantes aislantes. Se requiere protección ocular y auditiva para utilizar de forma segura el equipo de limpieza con hielo seco.  

Se cree que la Armada de los Estados Unidos, en 1945, fue la primera en experimentar con la limpieza con hielo seco. Estaban interesados ​​en utilizar esta tecnología para diversas aplicaciones de desengrase. ^{[ 26 ]}

En 1959, Unilever solicitó una patente para el uso de la limpieza con hielo seco (o agua y hielo, o alguna combinación de ambas) como método para separar la carne del hueso. ^{[ 27 ]}

En 1971, Chemotronics International Inc. presentó una patente para el uso de chorro de hielo seco con el fin de desbarbar y eliminar rebabas. ^{[ 28 ]}

Lockheed Martin solicitó una patente para la limpieza con hielo seco en 1974. ^{[ 29 ]}

Las primeras patentes relativas al desarrollo y diseño de la tecnología moderna de limpieza con hielo seco mediante una sola manguera fueron concedidas a David Moore de Cold Jet, LLC en 1986 y 1988 ( patente estadounidense 4,617,064 y patente estadounidense 4,744,181 ).

• Limpieza con dióxido de carbono

• Voladura con CO₂ sólido _. Folleto informativo de la Sociedad Fraunhofer.
• Artículo de Messer Group de 2007 sobre la limpieza con hielo seco (pdf, págs. 8-12)