Limpieza con hielo seco

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Limpieza con hielo seco
L
a utilización de técnicas criogénicas para la eliminación
de contaminación superficial se presenta como una
alternativa a los métodos tradicionales
de limpieza, ofreciendo resultados óptimos en un tiempo reducido y siendo
económicamente competitivo con otros
sistemas.
Estas técnicas se basan en la utilización de partículas de CO2 sólido a baja
temperatura.
Suponen un avance en la búsqueda
continua de la industria de sistemas que
minimicen los costes al mismo tiempo
que permitan un mantenimiento de alta
calidad.
Además esta técnica presenta la gran
ventaja de ser segura para el personal,
las instalaciones y el medio ambiente.
Se expone aquí la limpieza criogénica
como una alternativa a los métodos tradicionales, mostrando:
1 Sus principios de funcionamiento.
2 Ventajas.
3 Aplicaciones.
4 Se presenta más adelante un caso
práctico.
en tres principios físicos cuyos efectos
trabajan conjuntamente constituyendo
una efectiva herramienta de limpieza. A
continuación pasamos a su explicación:
Principios físicos
La criogénesis es una parte de la física
que se puede definir como la ciencia
que estudia los fenómenos que tienen
lugar a muy baja temperatura.
La limpieza mediante técnicas criogénicas se basa en el impacto de pellets de
dióxido de carbono sólido a gran velocidad sobre la superficie cuya suciedad se
pretende eliminar, aprovechando el efecto limpiador que se describe más abajo.
Los pellets de CO2, también llamado
hielo seco, son partículas de dióxido de
carbono sólido a -78,5ºC.
Estas partículas son regulares, sin
partes angulosas y pueden representar
distintos tamaños, siendo los de 1/4 de
pulgada por 1/8 de pulgada (aproximadamente 3mm por 8mm) los más apropiados para aplicaciones de limpieza.
La limpieza con hielo seco se basa
Energía cinética
A los pellets de hielo seco se les proporciona una energía cinética acelerándolos hasta una velocidad determinada y
controlada, que se traslada sobre la superficie a limpiar extrayendo de ésta la
suciedad.
Es el mismo efecto que produce la limpieza con otros métodos basados en el
chorreo de las partículas a presión: arena, agua, partículas de maíz (EE.UU), etc.
Al igual que en otras tecnologías basadas en la propulsión de partículas a presión, las condiciones de limpieza pueden cambiarse controlando la velocidad
y el tamaño de las partículas. No obstante, el sistema de limpieza con CO2 sólido
no se basa únicamente en la utilización
de la energía cinética como limpiador,
sino que actúa conjuntamente con los
efectos que se explican a continuación.
Diferenciales térmicos
Cuando se produce el impacto de las
partículas de hielo seco sobre la superficie, se crea un pequeño diferencial
térmico provocando roturas en la unión
entre la superficie y la suciedad que facilita el desprendimiento.
La mayoría de los componentes (la superficie y la suciedad) tienen coeficientes
de dilatación térmica diferentes. Al enfriarse, la superficie y la suciedad se contraen de forma diferente. Esta contracción no uniforme hace que se debilite el
vínculo entre la capa de contaminación
(la suciedad), y la superficie a limpiar;
favoreciendo el desprendimiento.
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En las dos imágenes se
pueden ver los equipos
empleados.
Efecto de Reverse Fracturing
Cuando el hielo seco impacta con la superficie objeto de la limpieza y explota
pasando a fase gaseosa, tiende a invadir
roturas y poros de la capa contaminante.
Luego, se calienta rápidamente y se expande empujando la suciedad fuera del
poro, rompiendo su unión y contribuyendo al proceso de limpieza.
En inglés se denomina reverse fracturing
(rotura inversa) y se trata de otro efecto que
contribuye a debilitar la adhesión (deshace
la unión que existe) en los contaminantes
(en la suciedad) en la superficie a limpiar,
de esta manera nos facilita el efecto limpiador de la energía cinética.
La energía cinética, los diferentes coeficientes de dilatación térmica y el efecto de reverse fracturing actúan conjuntamente constituyendo un único método
de limpieza.
Los dos últimos debilitan la adhesión
de la suciedad hacia la superficie, faci-
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litando el proceso de desprendimiento
debido a la energía cinética.
Características de la limpieza
Presenta una serie de propiedades que
pueden hacerla ventajosa respecto a
otras técnicas de limpieza:
: No se producen residuos secundarios,
como en la limpieza con inyección de
arena o partículas de maíz. Simplemente se produce gas CO2 que pasa
a la atmósfera.
: Es una limpieza rápida. No suele requerir grandes trabajos de preparación
previa ni limpieza posterior de la zona
de trabajo
: No presenta costes elevados, ya que no
se tiene que recoger/tratar desechos
secundarios y no hacen falta actividades de limpieza posteriores en la zona
de trabajo.
: La materia prima no es cara y el trabajo
es rápido.
: Puede ser fácilmente robotizable.
: Es segura, tanto para el personal encargado de realizar la limpieza como para
los equipos o superficies a limpiar. Asimismo el impacto ambiental es bajo.
: Los productos utilizados son químicamente inertes (no hacen daño) y no
son corrosivos. Además los pellets de
hielo seco son poco abrasivos y no dañan la superficie a limpiar.
Aplicaciones
La limpieza con pellets de CO2 aporta
en general una serie de ventajas (que ya
hemos citado anteriormente) que hacen
aconsejable considerar su empleo cuando se requiera efectuar cualquier trabajo
de limpieza.
Prácticamente cualquier producto que
se limpia con agua a presión, chorro de
arena u otros métodos similares pueden
limpiarse con pellets de hielo seco.
Esta técnica es aplicable a muchas in-
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dustrias, desde la aeronáutica, nuclear,
alimentaria o farmacéutica. Limpieza de
piezas, moldes, prensas, hornos, tanques, tuberías, etc.
Por supuesto, es también utilizable en
los sistemas de generación de energías,
para la limpieza de diversos elementos
como por ejemplo precalentadores, calderas o generadores.
También es posible la eliminación de capas de óxido mediante técnicas criogénicas.
A continuación se muestra la limpieza
realizada en cestas de precalentadoras
para una central térmica y una muestra
de eliminación de capa de óxido en tubos de caldera.
En los apartados siguientes se expone
también la experiencia en la limpieza de alternadores a través de un caso práctico en
un generador hidráulico, utilizado para evaluar el empleo de estas técnicas para el reacondicionamiento de máquinas rotativas.
Cestas de precalentadores y
eliminación de capas de óxido
En el caso de la limpieza de cestas de
precalentadores en la central térmica,
limpiadas tradicionalmente con agua a
presión, se realizó en varias cestas, una
de ellas anormalmente sucia tras seis
meses a la intemperie.
Para ejecutar esta limpieza se utilizó
una mezcla del CO2 con microesferas
de vidrio para conferir un mayor poder
abrasivo a la mezcla limpiadora. La proporción de vidrio en la mezcla es muy
pequeña, en torno a un 2,5% en peso.
Debe recordarse que una de las ventajas de la limpieza con CO2 es que
ésta resulta poco abrasiva en comparación con otros elementos. En este
caso las características de la superficie a limpiar justifican el empleo de un
elemento más abrasivo, pudiéndose
recurrir a esta pequeña proporción de
microesferas de vidrio para la mejora
de la limpieza.
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Debe señalarse que el vidrio puede producir erosiones en algunas superficies si
no se controla adecuadamente el tiempo
de aplicación y la proporción de vidrio.
La limpieza de una cesta con la suciedad habitual es satisfactoria, alcanzándose un nivel de limpieza adecuado en
poco tiempo y con un gasto de consumibles aceptable. Se sometió a un proceso
similar a una cesta anormalmente sucia,
después de haber permanecido un período de seis meses almacenado a la intemperie, presentando una suciedad bastante adherida a las chapas. La limpieza
en este caso duró algo más, una hora y
media frente a 20 minutos en otra cesta,
obteniéndose un nivel de limpieza mayor
al que se obtendrá con agua a presión.
Aplicación para la limpieza de
alternadores. Caso práctico
: Antecedentes:
A lo largo de la vida útil de un alternador
se puede producir una pérdida de rendimiento, debido entre otros factores a
la acumulación de suciedad en la superficie, que produce pérdida de refrigeración con sus consecuencias en el rendimiento y envejecimiento de la unidad.
El año anterior se habían limpiado
parcialmente las cabezas de bobina con
disolventes. Los canales de ventilación
se encontraban prácticamente obstruidos por completo, lo que sin duda había incrementado considerablemente la
temperatura de trabajo de la máquina.
Se había limitado su potencia por problemas de excesivo calentamiento.
Se observaron las siguientes ventajas
de la limpieza con hielo seco:
: Desapareció la suciedad que obstruía los
canales de ventilación, difícilmente eliminable limpiando a mano con líquido dieléctrico. Los resultados de la limpieza son
mucho mejores que los obtenidos anteriormente, quitando residuos que no se
podían extraer con el método habitual.
: Se produjo un descenso significativo en
la temperatura de operación de la máquina, objetivo principal de la limpieza.
: Se realizó en un período de tiempo menor con unos resultados mucho mejores
que limpiando con líquido dieléctrico.
: Los costes pueden ser del orden de la
limpieza con disolvente. En este sentido,
se debe valorar también los beneficios
económicos derivados de un mayor rendimiento y la prolongación de vida útil de
la máquina, conseguidos al tener unos
resultados mucho mejores en la limpieza.
: La única sustancia que queda como
consecuencia de la limpieza es el CO2
gaseoso y la suciedad extraída, sin generarse otros residuos. Los disolventes
químicos más efectivos están cuestionados por motivos medioambientales.
Los objetivos iniciales de mejorar las
condiciones de operación de la máquina con un descenso significativo de la
temperatura y reducción de las pérdidas
(sin necesidad de sustituir las piezas) al
estropearse durante la limpieza se consiguieron a través del proceso realizado.
La limpieza criogénica presenta además ventajas importantes sobre otras
técnicas, como la limpieza con vapor de
agua y disolventes que supone una preparación mayor y un largo proceso de
secado posterior a la limpieza.
En EE.UU también se realiza la limpieza con partículas de maíz, que produce
una gran cantidad de desechos, que
pueden ser peligrosos, y requiere más
tiempo, incluyendo preparativos y limpieza posterior de la zona de trabajo.
Conclusiones
Para alternadores que presenten un alto
grado de suciedad y/o restricciones de
tiempo importantes, la limpieza con técnicas criogénicas es una opción muy
ventajosa con la que se obtienen resultados óptimos. 㔾
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