Chorreado con hielo seco o láser: ¿qué residuos se corresponden con cada procedimiento?
Chorreado con hielo seco o láser: ¿qué residuos se corresponden con cada procedimiento? Ambas tecnologías se emplean como procedimientos de limpieza en seco y pueden aplicarse tanto de forma localizada como automatizada. Aun así, se basan en principios de acción distintos y por eso no sirven automáticamente para las mismas contaminaciones.
El chorreado con hielo seco puede resultar muy interesante con grasa, hollín, polvo y determinados residuos de producción. La eliminación de material por láser despliega sus ventajas sobre todo cuando deben tratarse de forma selectiva capas superficiales firmemente adheridas, como óxidos o recubrimientos.
Por eso, para una elección acertada debería analizarse primero el residuo – y solo después la máquina.
Por qué «en seco» todavía no es una decisión de procedimiento
Tanto los procedimientos basados en CO₂ como los procesos láser se agrupan a menudo bajo el término limpieza en seco.
Eso solo describe que no se emplea un proceso de limpieza acuoso clásico.
Sobre el mecanismo de acción propiamente dicho dice poco.
Fraunhofer IPA menciona en el ámbito de la limpieza industrial de piezas varias tecnologías consolidadas una junto a otra: limpieza acuosa y con disolventes, hielo seco, nieve de CO₂, plasma y láser.
Esto ya deja claro lo siguiente:
Las tecnologías no son distintos nombres de producto para el mismo proceso.
Cubren tareas distintas.
Por eso la elección del procedimiento no debería empezar por la pregunta:
«¿Queremos limpiar en seco?»
Sino:
«¿Qué tipo de residuo se encuentra sobre qué superficie?»
Qué tareas cubre bien el chorreado con hielo seco
En el chorreado con hielo seco se llevan partículas sólidas de CO₂ o pellets con un flujo de gas hasta la superficie que se va a tratar.
Fraunhofer IPA describe el procedimiento, por ejemplo, para suciedades como grasa, hollín y polvo.
A continuación, el CO₂ pasa del estado sólido al gaseoso.
De este modo no queda ningún abrasivo de hielo seco que hubiera que recoger después.
Esa es una diferencia importante frente a los medios de chorreado abrasivos clásicos.
El chorreado con hielo seco puede resultar especialmente interesante cuando se quiere desprender la suciedad de una superficie sin que el propio medio empleado deje residuos sólidos.
Los planteamientos típicos son:
- grasa en medios de producción
- hollín
- polvo
- determinados agentes desmoldeantes
- residuos orgánicos de producción
Qué contaminación puede eliminarse realmente depende, a su vez, del material y del estado concretos.
En qué se diferencia la eliminación de material por láser
El proceso basado en láser resulta especialmente interesante cuando la capa que se debe eliminar está firmemente unida al sustrato.
Puede tratarse, por ejemplo, de:
- óxidos
- Óxido
- capas de pintura
- cascarilla
- capas funcionales definidas
Los fundamentos físicos se tratan en el artículo ¿Cómo funciona la ablación láser en la limpieza de metal?
Para esta comparación basta con la distinción práctica:
El hielo seco se proyecta como medio sobre la superficie y desprende la contaminación existente mediante los efectos mecánicos y térmicos que se producen.
En el láser, la energía se introduce de forma óptica y localizada en la capa superficial relevante.
Se trata de herramientas distintas.
Por eso, intentar comparar ambas tecnologías únicamente por metros cuadrados por hora tiene poco sentido mientras no se haya definido el tipo de suciedad.
¿Suciedad suelta o capa firmemente adherida?
Una de las preguntas más importantes es:
¿Con qué fuerza está unido el residuo al material base?
Con una suciedad suelta o simplemente depositada, un procedimiento de limpieza por chorreado puede ser muy eficiente.
Con una capa de óxido o de pintura firmemente adherida, un proceso de eliminación selectiva puede ser más adecuado.
Entre ambos extremos hay numerosos estadios intermedios.
Por ejemplo, los moldes y las herramientas pueden presentar una estructura compleja de:
- agentes desmoldeantes
- residuos poliméricos
- restos carbonizados
- óxidos
todos ellos a la vez.
Entonces no es forzosamente una única tecnología la ideal para todas las capas.
Por eso, en tareas nuevas debería realizarse un tratamiento de prueba.
Esto es especialmente importante cuando la superficie es valiosa o crítica en cuanto a medidas.
Qué queda después del tratamiento
En el chorreado con hielo seco, el CO₂ empleado sublima.
Sin embargo, eso no significa que después de la limpieza no quede residuo alguno.
Al fin y al cabo, la suciedad original se desprende de la superficie.
La grasa, el hollín u otras sustancias no desaparecen físicamente del recinto solo porque el medio de chorreado pase a la fase gaseosa.
Según el proceso, las suciedades desprendidas o dispersadas deben seguir teniéndose en cuenta.
En el láser rige el mismo principio básico.
La capa tratada se elimina y debería captarse lo más cerca posible del punto de origen mediante una aspiración de proceso adecuada.
Por eso, una comparación técnicamente correcta es la siguiente:
El hielo seco no deja ningún medio de chorreado sólido de CO₂ adicional.
No:
El hielo seco no genera ningún tipo de residuo.
Influencia del material y superficie objetivo
La elección del procedimiento no depende solo de lo que se deba eliminar.
Igual de importante es cómo debe quedar la superficie después.
¿Solo se debe eliminar una suciedad?
¿O se debe dejar al descubierto una capa metálica de forma selectiva?
¿Debe permanecer inalterada la topografía?
¿Es necesaria una activación superficial para un paso de unión posterior?
Fraunhofer IPA menciona el chorreado con hielo seco, por ejemplo, como procedimiento de limpieza en el entorno de procesos de unión.
Fraunhofer ILT e IFAM también investigan procedimientos basados en láser para la preparación de superficies antes del encolado, la soldadura o el recubrimiento.
Así, ambas tecnologías pueden formar parte de un pretratamiento industrial.
Sin embargo, no generan forzosamente el mismo estado superficial.
Por eso la decisión no debería tomarse únicamente por la limpieza visual.
Suministro de medios e infraestructura
El chorreado con hielo seco necesita un suministro de CO₂ o de hielo seco y, por lo general, aire comprimido o la técnica de chorreado correspondiente.
El medio debe adquirirse, almacenarse y llevarse hasta el lugar de uso.
Como el hielo seco sublima de forma continua, la logística tiene particularidades propias.
Un láser, en cambio, necesita energía eléctrica y, según el sistema, más infraestructura, como refrigeración y técnica de aspiración.
Por eso, en aplicaciones móviles puede ser relevante la pregunta:
¿Qué suministro está disponible más fácilmente en el lugar de uso?
En una nave de producción con suministro de aire comprimido existente, el chorreado con hielo seco puede integrarse bien.
En otra ubicación, el suministro continuo del medio puede suponer una carga logística mayor.
En el láser, en cambio, pueden ser decisivas la potencia eléctrica conectada, la aspiración y la zona de seguridad.
Por eso, los costes de explotación no deberían considerarse solo como precio de la energía.
Toda la logística de suministro forma parte del cálculo.
Automatización
Ambos procedimientos pueden automatizarse.
Fraunhofer IPK describe, por ejemplo, una celda de limpieza con técnica de CO₂ a alta presión, de chorreado de nieve y de chorreado con hielo seco, que puede utilizarse tanto con robot como manualmente.
Los procesos láser también pueden guiarse mediante robots y escáneres.
Por lo tanto, «automatizable» no es un criterio de selección unívoco.
Lo decisivo es más bien:
¿Qué complejidad tiene la geometría de la pieza?
¿Con qué exactitud debe respetarse la zona de tratamiento?
¿Qué tamaño tiene la superficie necesaria?
¿Con qué rapidez puede cada sistema eliminar el residuo de forma fiable?
En piezas de serie debería realizarse una comparación real de los tiempos de ciclo.
Moldes y medios de producción
El chorreado con hielo seco se asocia con frecuencia a la limpieza de moldes y medios de producción.
Es comprensible.
Los residuos de producción pueden desprenderse, mientras que sobre el molde no queda ningún medio de chorreado sólido de CO₂.
También la DGUV menciona la limpieza criostática de moldes con pellets de hielo seco como caso de aplicación industrial.
Los procedimientos basados en láser también pueden emplearse en moldes.
En ese caso, la ventaja puede residir en el aporte de energía preciso y localizado.
Por eso, qué método funciona mejor depende en gran medida del tipo de residuo.
Un agente desmoldeante fácil de desprender plantea una tarea distinta a la de una capa superficial firmemente adherida.
Para los fabricantes de moldes, una serie de ensayos resulta especialmente útil, porque también intervienen el tiempo de ciclo y el estado deseado de la superficie del utillaje.
Componentes sensibles
En piezas sensibles no debería suponerse de forma general que ni el hielo seco ni el láser sean «suaves».
El chorreado con hielo seco proyecta un medio contra la superficie a gran velocidad y genera con ello un efecto térmico.
La energía del láser también actúa sobre el material.
Por eso, ambos procesos deben ajustarse a la pieza y a la suciedad.
La investigación de Fraunhofer sobre nieve de CO₂ se ocupa, por ejemplo, expresamente de los efectos térmicos sobre componentes electrónicos sensibles.
En el láser, la ventana de proceso determina en qué medida se ve afectado el sustrato.
Por tanto, para piezas de alto valor el método correcto es aquel que alcanza el estado final exigido dentro de un margen de parámetros seguro.
No aquel que en una afirmación publicitaria genérica se califica de «respetuoso con el material».
Comparar correctamente la velocidad del proceso
Una medición de velocidad rigurosa debe comparar la misma tarea.
Ambos procedimientos reciben:
- la misma pieza
- el mismo estado inicial
- la misma calidad objetivo
- la misma superficie relevante
A continuación no se mide solo el tiempo activo de tratamiento.
También forman parte el suministro del medio, la preparación, la limpieza posterior y el control.
En el hielo seco, por ejemplo, la reposición o el suministro del medio puede formar parte del funcionamiento.
En el láser pueden influir la delimitación de la zona de seguridad y la técnica de filtración.
Solo el tiempo de proceso completo permite tomar una decisión B2B.
Seguridad con CO₂ y láseres de clase 4
Los riesgos son claramente distintos.
La DGUV Information 213-115 trata las actividades con hielo seco y señala que del CO₂ sólido se desprende de forma continua dióxido de carbono gaseoso.
Por eso, en zonas mal ventiladas o inadecuadas la concentración de CO₂ puede llegar a ser relevante para la seguridad.
También debe tenerse en cuenta la temperatura muy baja del medio en la manipulación y el almacenamiento.
En cambio, en el uso abierto de láseres de alta potencia el foco está, entre otros, en la radiación láser directa y reflejada, así como en las emisiones del proceso.
La DGUV FBHM-139 trata las correspondientes medidas de protección para láseres manuales de clase 4.
Por tanto, sería erróneo presentar de forma general cualquiera de los dos procedimientos como exento de peligro.
Ambos requieren una evaluación de riesgos específica para la aplicación.
Decidir según el residuo
Una orientación sencilla es la siguiente:
En suciedades superficiales o desprendibles, como grasa, hollín o determinados residuos de producción, debería estudiarse el chorreado con hielo seco como posible tecnología.
En óxidos fuertemente adheridos, herrumbre o recubrimientos definidos, la ablación láser puede resultar especialmente interesante.
No se trata de una asignación universal.
La idoneidad real depende de:
- Material
- Residuo
- Geometría
- Superficie objetivo
- Velocidad
- Entorno del proceso
.
Por eso, en los casos límite conviene realizar un ensayo directo.
Conclusión: primero determinar el residuo, después el procedimiento
Chorreado con hielo seco o láser: ¿qué residuos se corresponden con cada procedimiento?
Ambas tecnologías trabajan en seco, pero de forma distinta.
El chorreado con hielo seco presenta ventajas en numerosas suciedades superficiales y no deja ningún medio de chorreado sólido de CO₂ adicional.
La ablación láser puede desplegar sus puntos fuertes en capas superficiales firmemente unidas y en zonas de tratamiento definidas localmente.
Por eso, en las empresas la decisión debería tomarse en este orden:
- Determinar el residuo.
- Definir el material base.
- Definir la superficie objetivo.
- Comprobar la geometría y la accesibilidad.
- medir el tiempo de proceso real.
- Tener en cuenta el suministro de medios o de energía.
- Comparar el concepto de seguridad.
Quien puede elegir el procedimiento según los residuos realmente presentes convierte la pregunta general «¿hielo seco o láser?» en una decisión técnica concreta.
Fuentes
- Fraunhofer IPA – Pre- and post-processing of joining processes — Ejemplo práctico de limpieza mediante chorreado con hielo seco.
- Fraunhofer-Geschäftsbereich Reinigung – Cleaning Technologies — Visión general de los procedimientos industriales de limpieza, incluidos el hielo seco y el láser.
- Fraunhofer IPK – Clean Production for Clean Mobility — Procesos automatizados de chorreado con CO₂, con nieve y con hielo seco.
- DGUV Information 213-115 «Tätigkeiten mit Trockeneis» — Riesgos y medidas de protección en la manipulación de CO₂ sólido.
- DGUV – FBHM-139 — Medidas de protección para sistemas láser manuales de clase 4.
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- Decisión según el residuo
- Conclusión
Comprobar el residuo en una muestra
Precisamente en los residuos de producción, la idoneidad de un proceso basado en láser no puede deducirse solo a partir de una fotografía. Un ensayo de material muestra si la capa existente se trata de forma fiable y qué tiempo de proceso es alcanzable.