Dióxido de carbono de limpieza ( CO 2 limpieza ) comprende una familia de métodos para la limpieza de piezas y de esterilización , utilizando dióxido de carbono en sus diversas fases . [1] Debido a que no es destructivo, no abrasivo y no deja residuos, a menudo se prefiere para su uso en superficies delicadas. [2] [3] [4] : 275 La limpieza con CO 2 ha encontrado aplicación en las industrias aeroespacial , automotriz , electrónica , médica y otras. [5] [6]La limpieza de nieve con dióxido de carbono se ha utilizado para eliminar partículas y residuos orgánicos de metales, polímeros , cerámica , vidrios y otros materiales, y de superficies que incluyen discos duros y superficies ópticas . [4] : 270
Aplicaciones
CO
2La limpieza ha encontrado aplicación en muchas industrias y áreas técnicas, incluidas 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 la contaminación grave, pintura , capas superpuestas , grasa , huellas dactilares , partículas de hasta nanómetros de tamaño, residuos de hidrocarburos y orgánicos y residuos radiactivos . Los materiales limpiados incluyen metales, polímeros, cerámica 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 gránulos o nieve, pero se pueden limpiar con CO 2 líquido o supercrítico .
Métodos
La limpieza con dióxido de carbono se refiere a varios métodos diferentes para la limpieza de piezas, haciendo uso de todas las fases del CO
2: [7] los métodos básicos incluyen gránulos de hielo seco sólido , CO líquido
2, CO
2nieve (un método híbrido) y CO supercrítico
2. Las diferentes formas de CO
2La limpieza puede limpiar muchos tipos de objetos, desde grandes generadores hasta piezas pequeñas y delicadas, incluidos discos duros y ópticas. [4] : 270
Pellets
En la limpieza de pellets ( " chorro de hielo seco "), relativamente grandes pellets de CO sólido 2 se cuecen a la superficie a limpiar. Estos gránulos chocan contra la superficie, desalojando mecánicamente las partículas contaminantes. La limpieza con pellets solo es apropiada para superficies lo suficientemente resistentes como para soportar impactos importantes. [1] [4] : 276
Limpieza de nieve
En la limpieza de nieve con CO 2 , el dióxido de carbono líquido o gaseoso comprimido se expulsa de 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 impulso (desalojo mecánico de partículas contaminantes) y acción de solvente . [1] [4] : 273 El CO 2 se sublima al contacto, aumentando su volumen hasta 800 veces, generando presión para barrer las partículas. [8] El CO 2 también disuelve los contaminantes de hidrocarburos, y su baja temperatura debilita los residuos como las huellas dactilares, haciéndolos más fáciles de eliminar. [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 ha sido demostrada mediante microscopía óptica , recuento de partículas, microscopía electrónica de barrido , microprobleado , espectroscopía fotoelectrónica de rayos X , microscopía de fuerza atómica , [10] [11 ] y espectroscopia de masas . [4] : 279
Los costos de equipo para un sistema de limpieza de nieve con dióxido de carbono pueden oscilar entre US $ 1500 para un sistema básico y $ 50,000 para una unidad automatizada de alta gama. [4] : 292 Los costos de los materiales son comparativamente bajos, aunque a menudo se debe usar CO 2 ultrapuro para evitar la introducción de nuevos contaminantes.
Fluido supercrítico
A temperaturas y presiones por encima de su punto crítico , el CO 2 puede mantenerse como un fluido supercrítico , presentando una viscosidad extremadamente baja y una alta solvencia . Para aplicar este método, las piezas a limpiar se colocan en un recipiente a presión que luego se llena con CO 2 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 de fluidos supercríticos químicos específicos y el procesamiento de materiales.
Lavado con CO 2 líquido
Liquid CO 2 de lavado, como fluido supercrítico CO 2 de lavado, se basa en el alto poder disolvente de CO 2 , [4] : 275 pero a temperaturas y presiones más bajas, estos últimos por lo que es más sencillo de implementar. Debido a que el CO 2 líquido no tiene el poder disolvente del fluido supercrítico, se pueden añadir agitación y tensioactivos para mejorar la eficacia del método. [1] El CO 2 líquido se ha utilizado en limpieza en seco y desengrasado de piezas mecanizadas .
Historia
La limpieza con dióxido de carbono se contempló en la década de 1930, y EE Rice, CH Franklin y CC Wong desarrollaron el enfoque de "gránulos" en la década de 1970. [4] : 276
La introducción de la limpieza de nieve con CO 2 , 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 Estados Unidos para demostrar la tecnología, lo que 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 CO 2 fue desarrollada por el Instituto Fraunhofer de Ingeniería de Fabricación y Automatización IPA , con el fin de eliminar la pintura de los fuselajes de los aviones . [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 las boquillas. [4] : 277
Asuntos
Seguridad
La limpieza con CO 2 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 CO 2 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]
Contaminación
Algunos grados comerciales de dióxido de carbono pueden contener trazas de hidrocarburos pesados , que pueden quedar en la superficie que se limpia. Es posible que también sea 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 humedad de condensación en la parte, que puede ser mitigado con platos calientes , pistolas de calor , lámparas de calor , o cajas secas . [4] : 292–294
Carga estática
La ionización causada por el flujo de gas puede resultar en una acumulación de carga estática potencialmente dañina en las partes no conductoras . Esto puede mitigarse mediante la conexión a tierra o fuentes de ionización positiva. [4] : 294
Referencias
- ^ a b c d e f "Métodos de limpieza" . Limpieza de nieve con dióxido de carbono . Tecnologías de superficie aplicadas . Consultado el 13 de agosto de 2015 .
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- ^ a b c d e f g h i j k l m n o p q r Sherman, Robert; Adams, Paul (1995). "Limpieza de nieve con dióxido de carbono: la próxima generación de limpieza" (PDF) . Limpieza de precisión : 271–300 . Consultado el 24 de septiembre de 2015 .
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- ^ "Preguntas frecuentes" . Limpieza de nieve con dióxido de carbono . Tecnologías de superficie aplicadas . Consultado el 23 de septiembre de 2015 .
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