ES2260691T3 - Procedimiento y dispositivo de limpieza por proyeccion. - Google Patents

Abstract

Procedimiento por proyección para limpiar superficies, en el que el CO2 líquido se suministra por un conducto de alimentación (32) en un volumen de expansión (34) que presenta una sección transversal ensanchada, se transforma en nieve seca por expansión y se suministra a una tobera de proyección (14) junto con un gas portador bajo presión, en el que para el volumen V del volumen de expansión y la superficie transversal interna A del conducto de alimentación (32) se cumple la relación V1/3/A1/2 > 3 y la mezcla a partir de gas portador y nieve seca en la tobera de proyección (14) se acelera por lo menos hasta aproximadamente la velocidad del sonido, caracterizado porque el gas portador bajo presión se alimenta mediante un conducto de proyección (10) a la tobera de proyección (14), y el CO2 se introduce desde el volumen de expansión (34) corriente arriba de la tobera de proyección (14) en el conducto de proyección (10).

Description

Procedimiento y dispositivo de limpieza por proyección.

La presente invención se refiere a un procedimiento por proyección para limpiar superficies, en el que se suministra CO_{2} líquido a través de un conducto de alimentación en un volumen de expansión ampliado en la sección transversal, que se transforma en nieve seca por expansión y se alimenta junto con el gas portador bajo presión en la tobera de proyección, de manera que para el volumen V del volumen de expansión y el área de la sección transversal interior A del conducto de alimentación (32) se cumple la proporción V^{1/3}/A^{1/2} > 3 y la mezcla de gas portador y nieve seca en la tobera de proyección se acelera hasta por lo menos aproximadamente la velocidad del sonido, así como a un dispositivo para llevar a cabo este procedimiento.

Un procedimiento por proyección de este tipo ha sido descrito en el documento US nº 5.125.979 A. Este procedimiento resulta útil en la industria de semiconductores para la limpieza cuidadosa de superficies con un chorro de nieve seca. La tobera de proyección, en este caso, está dispuesta en la proximidad del extremo corriente abajo del espacio de expansión y está conformada como una tobera convergente/divergente. A través de un paso anular dispuesto aproximadamente a la altura del estrechamiento de la tobera de proyección se succiona aire como gas
portador.

Un procedimiento similar se da a conocer en el documento US nº 5.616.067 A. El CO_{2} se introduce en forma líquida en una cámara anular que rodea al conducto de proyección a través del cual se hace pasar aire comprimido, y de allí se alimenta al conducto de proyección a través de una disposición circular de capilares convergentes, de manera que la expansión tiene lugar solamente por la entrada al conducto de proyección. La nieve seca creada de esta manera es arrastrada y acelerada por el aire comprimido y se expulsa como chorro sobre la pieza de trabajo que se va a limpiar a través de la tobera de proyección. Este procedimiento está destinado particularmente para limpiar cuidadosamente superficies sensibles a la presión tales como tarjetas de circuitos electrónicos.

La patente US nº 5.679.062 describe un procedimiento por proyección en el cual el CO_{2} líquido o gaseoso o una mezcla de gas y líquido se expande a la salida de una tobera y se introduce en una cámara de turbulencia agrandada en la cual una parte del CO_{2} gaseoso y/o líquido se transforma en nieve seca. La salida de la cámara de turbulencia está acoplada directamente a la tobera de proyección. Aquí, se forma el gas portador por el CO_{2} gaseoso que ha sido suministrado o se produce mediante evaporación.

El documento US nº 5.725.154 A describe un procedimiento por proyección en el cual se produce nieve seca mediante la expansión de CO_{2} líquido por medio de una válvula de expansión. A través de un tubo delgado el cual está rodeado por un tubo para suministrar el gas portador, se suministra el hielo seco a una pistola de chorro que lanza el chorro entonces en una mezcla de gas portador y nieve seca.

El documento WO 00/74 897 A1 describe un dispositivo de proyección en el cual se suministra CO_{2} líquido a través de un capilar que se abre en una tobera cónicamente divergente cuyo diámetro aumenta hacia la salida hasta aproximadamente tres veces el diámetro del capilar. Esta tobera está rodeada por una tobera de Laval anular en la cual se acelera el gas portador que se ha suministrado bajo presión hasta una velocidad supersónica. La boca de la tobera de CO_{2} y la tobera de Laval están a nivel entre sí, de manera que se producen dos chorros concéntricos, es decir, un chorro interno que consiste principalmente en hielo seco y un chorro de envoltura que es para acelerar la nieve seca fuera de la tobera.

Asimismo, en aplicaciones en las cuales superficies más grandes tales como las superficies internas de tubos o calentadores en equipo industrial deben ser liberadas de incrustaciones que se adhieren firmemente, el uso de hielo seco como material de chorro, dependiendo del tipo de incrustación, es deseable frecuentemente debido a que la baja temperatura del hielo seco o de la nieve seca hace que el material que se va a eliminar sea más quebradizo. Cuando las partículas de nieve seca penetran en la capa que se va a eliminar con suficiente energía cinética, se logra un efecto de limpieza por el hecho de que las partículas de nieve seca, cuando penetran en la capa eliminada, se evaporan abruptamente y así desprenden partes de la capa que se va a eliminar. Otra ventaja es que no se necesitan unos medios adicionales para descargar el material para el chorro usado, porque la nieve seca se evapora en CO_{2}
gaseoso.

Sin embargo, los procedimientos por proyección anteriormente descritos no son adecuados para este tipo de aplicaciones, porque los rendimientos volumétricos que se pueden alcanzar y las velocidades del chorro no son suficientes y/o porque la nieve seca no se produce en una cantidad suficiente o no tiene la composición correcta, de manera que la energía cinética de las partículas de nieve seca es demasiado pequeña.

Por esta razón, para limpiar superficies más grandes, altamente contaminadas, los equipos de chorro que han sido usados hasta ahora en los cuales se almacena hielo seco o nieve seca en forma sólida en tanques de enfriamiento adecuados y se dosifica en el flujo de aire comprimido. El aire comprimido y la nieve seca que sirve como material de chorro se entregan juntos a través de una manguera de presión la cual conecta el equipo de chorro a la tobera de proyección. Sin embargo, los procedimientos y dispositivos de chorro de este tipo requieren instalaciones complejas y elevados costes por equipo así como también gastos elevados para almacenar la nieve seca.

Por lo tanto un objetivo de la presente invención es proporcionar procedimientos de proyección y un dispositivo de proyección en los cuales se pueden lograr energías elevadas de chorro y efectos elevados de limpieza con poco esfuerzo.

Este objetivo se alcanza con los aspectos indicados en las reivindicaciones independientes.

De acuerdo con la invención, en un procedimiento del tipo indicado en el párrafo inicial, el CO_{2} se introduce desde el conducto de alimentación hacia el conducto de proyección a través de un volumen de expansión agrandado, alimentándose a través del conducto de proyección el gas portador bajo presión hacia la tobera de proyección.

De manera sorprendente, se ha demostrado que, mediante el dimensionado adecuado del volumen de expansión y/o mediante la conducción adecuada del procedimiento, es posible crear grandes cantidades de nieve seca que tienen un elevado efecto de limpieza. En particular, con este procedimiento es posible lograr elevados rendimiento volumétrico de 0,75 a 10 m^{3}/min. o más, de manera que superficies aún más grandes o altamente contaminadas pueden ser limpiadas de manera eficiente. Puesto que la nieve seca que sirve como el material de chorro se crea a partir de CO_{2} únicamente en el momento en que el procedimiento por proyección se practica, es posible ahorrar los elevados costes para el equipo de chorro y para almacenar la nieve seca, los cuales han sido necesarios hasta la fecha.

Según una forma de realización, la producción de nieve seca o hielo seco fuertemente abrasivo se logra simplemente proporcionando un volumen de expansión con un volumen suficientemente grande. En los experimentos fue posible multiplicar el efecto de limpieza aumentando el volumen de expansión, sin variar otras condiciones. Este fenómeno sorprendente se debe presumiblemente al hecho de que el volumen de expansión más grande entre la boca del conducto de alimentación y el punto de entrada al conducto de proyección conduce a una reducción temporal de la velocidad de flujo y por lo tanto a una densidad de partículas incrementada, de manera que las partículas de nieve seca finamente dispersadas que se crean primero por expansión se aglomeran o se condensan en partículas más grandes antes de ser arrastradas por el flujo del gas portador. Esto conduce a la producción de partículas de nieve las cuales tienen una masa más grande y producen un elevado efecto de limpieza debido a su energía cinética mayor.

Para el volumen V del volumen de expansión en relación con la superficie de sección transversal A del conducto de alimentación para el CO_{2}, líquido se debe observar la siguiente relación:

V^{1/3}/A^{1/2}>3

\hskip0.5cm

o \ preferentemente

\hskip0.5cm

V^{1/3}/A^{1/2}>10

Se proporcionan configuraciones y desarrollos ventajosos de la presente invención en las reivindicaciones subordinadas.

Alternativamente, el volumen V del volumen de expansión puede darse con relación a un régimen \varphi de flujo de CO_{2} líquido. En este caso, la relación que debe observarse es:

V/\varphi > 0,2 m^{3} \ s/kg,

\hskip0.5cm

preferentemente

\hskip0.5cm

V/\varphi > 0,6 m^{3} \ s/kg.

La temperatura que prevalece en el volumen de expansión se considera que es un factor importante para la producción de partículas de hielo seco fuertemente abrasivas. Esta temperatura debe ser preferentemente baja, preferentemente por debajo de -40ºC. Cuando el procedimiento de acuerdo con la invención se practica con un caudal suficiente de gas portador (por ejemplo, 0,75 m^{3}/min) y cuando el caudal de CO_{2} líquido está en una proporción óptima con respecto al caudal de CO_{2} líquido, por ejemplo, del orden de magnitud de 0,1 a 0,4 kg de CO_{2} por m^{3} de gas portador (volumen bajo presión atmosférica), el efecto de enfriamiento causado por la evaporación de CO_{2}, parece ser tan grande que el volumen de expansión se mantiene a una temperatura suficientemente baja.

Un buen aislamiento térmico del volumen de expansión permite explotar el efecto de enfriamiento de manera más eficiente y alcanzar las temperaturas aún más bajas en el volumen de expansión y/o reducir el volumen de expansión.

Así, de según otro forma de realización preferida del procedimiento, un volumen de expansión está aislado térmicamente del entorno, de manera que el alto efecto de limpieza deseado se puede lograr también con un pequeño volumen del volumen de expansión y caudales pequeños. Asimismo, se ha descubierto que es ventajoso que el conducto de alimentación para el CO_{2} líquido esté también aislado térmicamente del entorno y tenga un buen contacto térmico con las paredes del volumen de expansión (por ejemplo, por medio de un intercambiador de calor), de manera que el CO_{2} líquido ya esté enfriado previamente hasta un cierto grado en el conducto de alimentación.

En diversos experimentos, se ha observado que una incrustación relativamente fuerte de hielo seco se deposita después de un breve espacio de tiempo de funcionamiento en las paredes del volumen de expansión y/o las paredes del conducto de proyección y la incrustación puede extenderse aún a la tobera de proyección. Esta incrustación de hielo seco mejora el aislamiento térmico y el enfriamiento del volumen de expansión y puede contribuir también directamente a la creación de partículas relativamente gruesas y duras de hielo seco con un alto efecto de limpieza. Cuando la nieve seca, que se produce primero expandiendo el CO_{2} líquido, se arremolina, impacta en las paredes del volumen de expansión y/o el conducto de proyección con alta velocidad, de manera que la incrustación relativamente fuerte y condensada mencionada anteriormente se acumula allí. Por otra parte, el suministro de calor por las paredes del volumen de expansión y el conducto de proyección y la sublimación del CO_{2} causada tiende a aflojar la incrustación. De este modo, la incrustación asume finalmente una estructura no homogénea, granulada y relativamente quebradiza, con el resultado de que el gas portador que pasa por la misma a alta velocidad erosiona permanentemente las partículas gruesas del hielo seco de la incrustación, formando estas partículas parte del material del
chorro.

La formación deseada de una incrustación de hielo seco de este tipo se puede llevar a cabo o se ve favorecida por la existencia de unos bordes perturbadores en el recorrido de la corriente y por el remolino de nieve seca que se produce de este modo. Según una forma de realización preferida de la invención, el dispositivo de proyección presenta por lo menos un borde perturbador en el recorrido de la corriente entre el punto de entrada del conducto de alimentación para el CO_{2} líquido y la tobera de proyección.

Por ejemplo, este borde perturbador puede estar configurado en la transición entre el volumen de expansión y el conducto de proyección, cuando el volumen de expansión acaba lateralmente en el conducto de proyección. Además, los bordes perturbadores de este tipo pueden estar configurados mediante una rosca interna en la tubuladura que forma el volumen de expansión o mediante unos elementos fijos o móviles tales como una rueda, un tornillo sinfín o similar en el volumen de expansión.

Se ha comprobado que resulta ventajoso que el volumen de expansión acabe por debajo de un ángulo comprendido entre aproximadamente 10ºC y 90ºC, preferentemente entre 20ºC y 45ºC, en el conducto de proyección que atraviesa linealmente en la dirección de la corriente. En esta configuración, se produce un efecto de aspiración adecuado mediante la corriente del gas portador, y la nieve seca se desvía de manera cuidadosa en la dirección de la corriente que domina en el conducto de proyección. Puesto que la corriente del gas portador en el conducto de proyección presenta un componente dispuesto transversalmente con respecto a la dirección longitudinal del volumen de expansión, es de esperar que por lo menos en la zona dispuesta corriente abajo del volumen de expansión se forme un remolino, el cual alarga el tiempo de espera de la nieve seca en el volumen de expansión, favoreciendo de este modo la aglomeración o el crecimiento de las partículas o la incrustación de hielo seco. En el caso de un diámetro reducido del conducto de proyección, el ángulo de entrada es preferentemente agudo, de manera que el hielo seco no colisiona contra la pared opuesta del conducto de proyección.

En una forma de realización adecuada, el punto de entrada del volumen de expansión al conducto de proyección está colocado a una pequeña distancia corriente arriba de la tobera de proyección.

La tobera de proyección presenta preferentemente un estrechamiento, de manera que el gas portador y el material de chorro se aceleran hasta una elevada velocidad. Particularmente preferida es la configuración de la tobera de proyección como una tobera de Laval en la cual se logra una aceleración de hasta aproximadamente la velocidad sónica o velocidad supersónica. La distancia entre el punto de entrada del volumen de expansión al conducto de proyección y el estrechamiento de la tobera de proyección debe ser preferentemente mayor que el diámetro del conducto de proyección.

Cuando se dimensiona la tobera de Laval debe tenerse en cuenta que el suministro de hielo seco inmediatamente corriente arriba de la tobera reduce la temperatura del medio y aumenta la densidad del mismo, lo cual causa un cambio en el punto de trabajo de la tobera de Laval. Con el fin de lograr un efecto de limpieza óptimo, en el procedimiento según la invención, la superficie de sección transversal del estrechamiento de la tobera de Laval debe seleccionarse más grande de lo que sería en el caso de que el medio se suministre con precisión similar y caudal similar únicamente mediante el conducto de proyección. Además, la sublimación de la nieve seca aumenta el volumen del gas y conduce a una aceleración del flujo de gas delante, detrás o en el estrechamiento de la tobera. Sin embargo, según las proporciones de presión se pueden obtener también gotas de CO_{2} líquido en el conducto de proyección o en la tobera de proyección, y pueden evaporarse allí. La posición en la que tiene lugar esta evaporación y/o sublimación, se puede alcanzar regulando la corriente de gas portador de tal manera que se consiga una velocidad de chorro óptima.

Cuando el caudal del gas portador es demasiado grande, acumulándose una alta presión dinámica enfrente de la tobera de proyección, se reduce la cantidad y el efecto de limpieza de la nieve generada. Por lo tanto, es conveniente proporcionar una válvula de estrangulación en el conducto de proyección corriente arriba del punto de entrada del volumen de expansión, para ajustar de manera óptima el caudal del gas portador. Preferentemente, se proporciona otra válvula de dosificación en el conducto de alimentación para CO_{2} líquido inmediatamente en el punto de entrada al dispositivo de proyección, de manera que la proporción de caudales de gas portador y CO_{2} pueda ser ajustada inmediatamente en el dispositivo de proyección.

Todas las medidas expuestas anteriormente pueden combinarse adecuadamente entre sí.

En un desarrollo útil posterior del procedimiento, se inyecta una pequeña cantidad de agua u otro material para chorro sólido o líquido (por ejemplo, pellets de hielo seco) en el flujo de gas portador y/o al volumen de expansión con el fin de aumentar adicionalmente el efecto de limpieza.

A continuación se explicarán ejemplos de formas de realización haciendo referencia a los dibujos, en los cuales:

la figura 1 muestra una vista en sección de un dispositivo de proyección para llevar a cabo el procedimiento de acuerdo con la invención;

la figura 2 es una vista en sección de un dispositivo de proyección de acuerdo con una forma de realización modificada;

la figura 3 muestra un detalle ampliado de la figura 2;

la figura 4 es una vista en sección esquemática de un conducto de proyección el cual disminuye gradualmente; y

Las figuras 5 a 7 muestran unas vistas en sección y unas vistas frontales de una tobera del dispositivo de proyección.

Como se muestra en la figura 1, un conducto de proyección 10 se forma mediante un tubo cilíndrico recto que presenta un diámetro interno DL de 39 mm. Un orificio de entrada 12 del conducto de proyección está conectado a un compresor que no se ha mostrado y desde el cual se suministra aire comprimido con una presión de 1,1 MPa, por ejemplo. La tobera de proyección 14 configurada como una tobera de Laval está acoplada a la boca del conducto de proyección 10. La tobera de proyección presenta una sección convergente 16 cuyo diámetro interno disminuye desde 32 mm en el extremo corriente arriba hasta 12,5 mm en un estrechamiento 18, y una sección divergente 20 cuyo diámetro interno aumenta desde el estrechamiento 18 a 19 mm en el extremo corriente abajo. La longitud total LL de la tobera de proyección es de 224 mm. La longitud LC de la sección 16 convergente es de 83 mm.

Un manguito de conexión 22 entre el conducto de proyección 10 y la tobera de Laval 14 presenta un diámetro interno de aproximadamente 32 mm, que corresponde al diámetro corriente arriba de la tobera de proyección.

Inmediatamente corriente arriba del manguito de conexión 22 el tubo que forma el conducto de proyección 10 presenta una rama 24 que entra al conducto de proyección 10 en un ángulo de 45º en dirección del flujo. La distancia D entre la rama 24 y el orificio de entrada de la tobera de proyección 14 es de aproximadamente 66 mm.

Una válvula de estrangulación 26, una válvula de bola por ejemplo, está dispuesta en el conducto de proyección 10 corriente arriba de la rama 24.

Una pieza de transición 28 tubular está atornillada en la rama 24, estando conectado su extremo corriente arriba de la pieza de transición a un conducto de alimentación 32 flexible para CO_{2} a través de un reductor 30.

El conducto de alimentación 32 está conectado a una botella de presión, la cual no ha sido mostrada y que aloja una cantidad de CO_{2} bajo tal presión que el CO_{2} permanece líquido a temperatura ambiente. Esta presión da la cantidad de aproximadamente 5,5 MPa, por ejemplo, para una temperatura ambienta de 20ºC. El conducto de alimentación 32 presenta un diámetro interno de 3 mm. El CO_{2} líquido existe en el conducto de alimentación 32 debido a la presión diferencial, sin ninguna necesidad de medios de desplazamiento activo. El caudal está limitado por la pequeña sección transversal del conducto de alimentación 32.

La pieza de transición 28 forma un volumen de expansión 34 el cual presenta dos secciones 36, 38 con diámetros diferentes. La sección corriente arriba 36 adyacente directamente al conducto de alimentación 32 presenta un diámetro interno DC1 de 20 mm y una longitud L1 de 85 mm. La sección corriente abajo 38 se une mediante una sección cónica corta y presenta un diámetro interno DC2 de 32 mm y una longitud L2 de 105 mm. La longitud total LE del volumen de expansión 34 es entonces de 190 mm. La rama 24 presenta un diámetro interno DC3 de 39 mm, que se corresponde con el diámetro DL del conducto de proyección.

En el punto, en el que el reductor 30 en el conducto de alimentación 32 se abre al volumen de expansión 34, pudiéndose expandir el CO_{2} líquido abruptamente.

Esto causa que una parte del CO_{2} se evapore. La evaporación y descompresión conducen a una reducción en la temperatura, de manera que otra parte del CO_{2} líquido, la cual se dispersa finamente al entrar al volumen de expansión, se condensa en partículas finas de nieve seca. Puesto que la superficie de sección transversal de la sección corriente arriba 36 del volumen de expansión 34 es aproximadamente 44 veces la superficie de sección transversal del conducto de alimentación 32, la mezcla de CO_{2} gaseoso y nieve seca pasa a través de la sección corriente arriba 36 del volumen de expansión a la velocidad moderada. En la entrada a la sección corriente abajo 38 la velocidad se reduce posteriormente. Durante el recorrido a través del volumen de expansión 34, que resulta comparativamente largo, las partículas finas de nieve seca pueden acumularse en partículas más grandes (aglomeración). Puesto que la velocidad del flujo disminuye al entrar a la sección corriente abajo 38 y, en consecuencia, aumenta la presión dinámica, las partículas pueden crecer también hasta cierto grado mediante la recondensación de CO_{2} gaseoso. Así, al entrar en la rama 24 más grande, se forman partículas de nieve relativamente grandes, las cuales son succionadas ahora por el arrastre del aire comprimido que pasa a través del conducto de proyección 10 y son arrastradas hacia la tobera de proyección 14. En la tobera de proyección 14, el aire comprimido y la nieve seca se aceleran hasta una elevada velocidad, posiblemente a velocidad supersónica, de manera que sale un chorro con alta eficiencia de limpieza desde la tobera de proyección. Cuando este chorro impacta en una superficie que se va a limpiar, la nieve seca actúa como un material de chorro para limpiar eficientemente la superficie.

Los experimentos han demostrado que el efecto de limpieza del chorro que se ha generado de este modo depende de la dimensión del volumen de expansión 34 y del flujo del aire comprimido en el conducto de proyección 10. Sin volumen de expansión, el efecto de limpieza se reduce significativamente. De manera similar, el efecto de limpieza se reduce considerablemente cuando el caudal del aire comprimido en el conducto de proyección 10 es muy grande. Por esta razón, el caudal es ajustado así por medio de la válvula de estrangulación 26 que se logra una producción óptima de nieve seca y un efecto de limpieza óptimo.

La forma de realización descrita anteriormente se puede modificar de varios modos.

Es posible, por ejemplo, usar un conducto de proyección en ángulo en lugar del conducto de proyección 10 recto, de manera que el volumen de expansión y la sección corriente arriba del conducto de proyección desembocan simétricamente a la sección corriente abajo del conducto de proyección. Asimismo se puede concebir una disposición en la cual el conducto de proyección 10 está agrandado hasta un espacio anular que aloja coaxialmente el volumen de expansión.

En otra forma de realización, se puede proporcionar una sección de manguera de longitud considerable entre el punto en el que se abre el volumen de expansión al conducto de proyección, y la tobera de proyección 14.

Con el fin de producir cantidades mayores de nieve seca, es posible disponer de una pluralidad de conductos de alimentación 32 que entran al conducto de proyección 10 a través de los volúmenes de expansión respectivos. Los puntos de entrada de los volúmenes de expansión al conducto de proyección pueden estar distribuidos en la periferia del conducto de proyección y/o pueden estar desviados en una dirección axial. Es posible asimismo que una pluralidad de conductos de alimentación 32 desemboque en un volumen de expansión común.

En lugar de aire comprimido, se puede suministrar otro gas portador a través del conducto de proyección 10. Se puede agregar otro material para el chorro a este gas portador o al aire comprimido. De manera similar es concebible proporcionar unos medios de chorro sólidos o líquidos adicionales que entran al conducto de proyección por medio de unos conductos de alimentación corriente arriba debajo de la rama 24 o posiblemente también al volumen de expansión 34.

La figura 2 muestra un dispositivo por proyección de acuerdo con una forma de realización modificada. Aquí, el volumen de expansión 34 está formado solamente por el interior de la rama 24. Esta rama presenta una rosca interna 40 en la cual se ha atornillado el reductor 30. Se proporciona una válvula de dosificación 4 en el conducto de alimentación 32 a una pequeña distancia corriente arriba del reductor 30, de manera que se puede ajustar el caudal del CO_{2} líquido. Un caudal de CO_{2} líquido de aproximadamente 0,1 a 0,3 kg por m^{3} de gas portador (aire) ha demostrado ser una magnitud favorable (el caudal del gas portador se da como volumen de gas portador bajo presión atmosférica).

La parte del conducto de proyección 10 que incluye la rama 24, y la parte del conducto de alimentación 32 directamente adyacente al reductor 30 están empotradas en una funda 44 de material térmicamente aislante que se ha mostrado en líneas punteadas en el dibujo. Esto facilita no solamente el manejo del dispositivo de proyección de tipo pistola, sino que también mejora el aislamiento térmico del volumen de expansión 34 y la parte del conducto de alimentación adyacente al mismo, de manera que se logra una baja temperatura en el volumen de expansión.

En la figura 3, la rama 24 se ha mostrado en una escala ampliada. Se puede ver que la rosca interna 40 se extiende más allá del reductor 30 y forma una parte de la pared del volumen de expansión 34. La trayectoria del flujo para la nieve seca desde la boca del conducto de alimentación 32 al conducto de proyección 10 está limitada por un número de bordes perturbadores. Un primer borde perturbador se forma directamente por el incremento abrupto en sección transversal del conducto de alimentación 32 en la sección transversal interior del volumen de expansión 34 en la superficie interna del reductor 30. Otros bordes perturbadores se encuentran en el punto de entrada de la rama 24 al conducto de proyección 10. Además, las muescas de las roscas interna 40 actúan también como bordes perturbadores. Estos bordes perturbadores causan que la nieve seca que se forma en el volumen de expansión 34 se arremoline, y favoreciendo especialmente la rosca interna 40 la adhesión de la nieve seca a las paredes de la rama 24, de manera que se forma una incrustación 46 relativamente compacta, pero quebradiza de hielo seco en el volumen de expansión y en algún grado también en el conducto de proyección 10. El CO_{2} que se rocía fuera del conducto de alimentación 32 y se evapora, se abre paso a través de la incrustación de hielo seco. Este CO_{2} y el gas portador que fluyen a alta velocidad a través del conducto de proyección 10 y más allá de la incrustación 46 erosiona permanentemente pequeñas partículas de hielo seco de la incrustación. Estas partículas relativamente gruesas forman entonces un material de chorro muy eficiente mediante el cual se logra un efecto de limpieza elevado del dispositivo de proyección. Las partículas de hielo seco pueden crecer aún más en su camino a través de la tobera de proyección 14, porque son barridas y aceleradas por el gas portador que contiene partículas más finas de nieve seca. La ubicación exacta en la que tiene lugar la aglomeración de hielo seco y la formación de la incrustación 46 depende de las condiciones específicas y puede cambiar (en ambas direcciones) más o menos al conducto de proyección 10 y posiblemente a la tobera de proyección 14.

En el ejemplo mostrado, el volumen de expansión 34 presenta el mismo diámetro interno que el conducto de proyección 10, sin embargo, puede presentar un diámetro interno más pequeño, si se desea. El ángulo en el cual surge la rama 24 hacia el conducto de proyección 10 puede ser variado también, preferentemente en el intervalo comprendido entre 20º y 45º.

En el ejemplo mostrado en la figura 2, la longitud LE del volumen de expansión (medida en el eje central) es de aproximadamente 49 mm, y el diámetro DC3 del volumen de expansión es de 32 mm. A continuación, el volumen de expansión 34 tiene un volumen V de aproximadamente 39 cm^{3}. Cuando el conducto de alimentación 32 presenta un área de sección transversal interior de 7 mm^{2}, que corresponde a un diámetro de 3 mm, la relación V^{1/3}/A^{1/2} es de aproximadamente 12,8. En la práctica, el caudal de aire a través del conducto de proyección 10 está comprendido entre 3 y 10 m^{3}/min, de manera óptima de aproximadamente 4,5 m^{3}/min. Para una relación de CO_{2}/aire de 0,3 kg/m^{3}, los caudales \varphi correspondientes de CO_{2} son aproximadamente de 0,0015 kg/s a 0,05 kg/m^{3} y 0,023 kg/s, respectivamente, para lo óptimo. Los valores correspondientes para la relación V/\varphi están comprendidos entre 0,0026 y 0,0008 m^{3} s/kg y 0,0018 m^{3} s/kg para lo óptimo. El estrechamiento 18 de la tobera de proyección 14 presenta un diámetro de 13,1 mm.

En otra forma de realización, que no ha sido mostrada, el conducto de proyección 10 presenta un diámetro interno más pequeño de 12,7 mm, el diámetro DC3 del volumen de expansión 34 es también de 12,7 mm, y la longitud LE del volumen de expansión es de aproximadamente 37 mm. En este caso, el volumen de expansión tiene un volumen de V de aproximadamente 4,7 cm^{3}. El caudal de aire está comprendido preferentemente entre 1,5 y 2,5 m^{3}/min. Cuando la relación de CO_{2}/aire es otra vez de 0,3 kg/m^{3}, se obtiene un valor entre 0,00062 y 0,00037 m^{3} s/kg para la relación de V/\varphi. El valor de V^{1/3}/A^{1/2} es en este caso de aproximadamente 6,3. En este caso, el estrechamiento 18 de la tobera de proyección 14 presenta preferentemente un diámetro de 8 mm.

Con estas condiciones, se puede lograr una velocidad supersónica corriente abajo de la tobera de proyección 14.

Es conveniente proporcionar un deflector en la boca de la tobera de proyección con el fin de reducir la generación de ruido.

Mientras que, en las formas de realización anteriormente descritas, la sección transversal interior del conducto de proyección 10 permanece esencialmente constante, son posibles modalidades en las cuales varia esta sección transversal interior. Por ejemplo, la sección transversal interior del conducto de proyección puede reducirse en dos pasos, con transiciones suaves, como se muestra en la figura 4.

En la figura 4 también se han mostrado posiciones posibles para la rama 24.

Como se entenderá a partir de los ejemplos proporcionados anteriormente, el volumen de expansión no debe ser muy pequeño y, en particular, no debe tener una longitud muy pequeña. En una modalidad que se considera actualmente preferida, la longitud del volumen de expansión es de 100 mm o más.

Mientras que un conducto de alimentación 32 presenta un diámetro interno de 3 mm en las modalidades mostradas, son posibles otras formas de realización, en las cuales el conducto de alimentación 32 corriente arriba del volumen de expansión 34 o preferentemente en el punto de entrada al volumen de expansión presenta un diámetro únicamente de 1,0 mm ó 1,3 mm.

Para suministrar CO_{2} líquido a través del conducto de alimentación 32, opcionalmente se puede proporcionar un tanque frío en el cual el CO_{2} se mantiene líquido a una temperatura de aproximadamente -20ºC y a una presión de menos de 2,2 MPa, por ejemplo, 1,8 MPa.

Las figuras 5 a 7 muestran una forma de realización modificada de la tobera de proyección 14, que tiene la función de una tobera de Laval, pero está configurada como una tobera plana y permite crear un chorro divergente en forma de abanico que presenta una densidad y perfil de velocidad relativamente uniformes en su anchura.

Esta tobera de proyección presenta en el extremo corriente arriba, una parte cilíndrica 14a con una longitud de La y un diámetro Da, que se unen mediante una pieza de transmisión 14b con la longitud Lb. La unión en el lado de corriente abajo es una sección 14c aplanada con una longitud Lc y una sección transversal interior rectangular. La pieza de transición 14b sirve para adaptar la sección transversal interior cilíndrica de la sección 14a a la sección interna rectangular de la sección 14c. Esta sección transversal interior rectangular tiene un ancho W esencialmente constante y una altura que aumenta desde un valor H1 en el estrechamiento, en el extremo de la pieza de transición 14b hasta un valor H2 algo más grande en la boca.

De esta manera, se logra un aumento en la superficie de sección transversal de acuerdo con el principio de una tobera de Laval, aunque el ancho W es prácticamente constante. Con todo, el ancho W puede aumentar ligeramente en la vecindad de la boca.

En una forma de realización práctica, la tobera de proyección 14 de acuerdo con las figuras 5 a 7, presenta las siguientes dimensiones:

La=55 mm

Lb= 55 mm

Lc= 130 mm

Da= 27 mm

W= 45 mm

H1= 3,0-4,0 mm

H2= 7,5 mm

\vskip1.000000\baselineskip

En otra forma de realización se aplica las siguientes dimensiones:

La = 34 mm

Lb = 76 mm

Lc = 130 mm

Da = 12 mm

W = 16 mm

H1 = 2,25 - 2,60 mm

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Resumido en la tabla

H2 = 3,75 mm

La superficie interna en la sección 14c aplanada presenta unas ondulaciones las cuales, en el ejemplo mostrado se forman mediante unos nervios 14d longitudinales. Dichas ondulaciones conducen a una reducción significativa de ruido, especialmente en el modo supersónico.

Claims (27)

1. Procedimiento por proyección para limpiar superficies, en el que el CO_{2} líquido se suministra por un conducto de alimentación (32) en un volumen de expansión (34) que presenta una sección transversal ensanchada, se transforma en nieve seca por expansión y se suministra a una tobera de proyección (14) junto con un gas portador bajo presión, en el que para el volumen V del volumen de expansión y la superficie transversal interna A del conducto de alimentación (32) se cumple la relación V^{1/3}/A^{1/2} > 3 y la mezcla a partir de gas portador y nieve seca en la tobera de proyección (14) se acelera por lo menos hasta aproximadamente la velocidad del sonido, caracterizado porque el gas portador bajo presión se alimenta mediante un conducto de proyección (10) a la tobera de proyección (14), y el CO_{2} se introduce desde el volumen de expansión (34) corriente arriba de la tobera de proyección (14) en el conducto de
proyección (10).

2. Procedimiento por proyección según la reivindicación 1, caracterizado porque para el volumen V del volumen de expansión y la zona de la superficie transversal interna A del conducto de alimentación (32) se cumple la relación V^{1/3}/A^{1/2} > 10.

3. Procedimiento por proyección según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la proporción de caudal entre el CO_{2} y el gas portador es por lo menos de 0,1 kg/m^{3}, preferentemente por lo menos de 0,25 kg/m^{3}.

4. Procedimiento por proyección según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la relación entre el volumen V del volumen de expansión (34) y el caudal de CO_{2} es de al menos 0,0002 m^{3} s/kg.

5. Procedimiento por proyección según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el volumen de expansión (34) está aislado térmicamente con respecto al entorno.

6. Procedimiento por proyección según la reivindicación 5, caracterizado porque el tramo del conducto de alimentación (32) adyacente al volumen de expansión (34) también está aislado térmicamente del entorno.

7. Procedimiento por proyección según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los bordes perturbadores (40) en el volumen de expansión o en el extremo corriente abajo de los mismos provocan una acumulación de hielo seco sólido en las paredes del volumen de expansión (34) y/o del conducto de proyección (10).

8. Procedimiento por proyección según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la tobera de proyección (14) presenta un estrechamiento (18), porque en el volumen de expansión se produce una mezcla de CO_{2} fluido, gaseoso y sólido y una parte de las fracciones sólidas y líquidas se evapora en el conducto de proyección o en la tobera de proyección, y porque a través de la regulación de la corriente de gas portador se determina la posición de la zona de evaporación relativa al estrechamiento (18).

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el flujo de gas portador se estrangula por medio de una válvula de estrangulación (26) corriente arriba del punto de entrada del volumen de expansión (34) en el conducto de proyección (10).

10. Procedimiento según la reivindicación 9, caracterizado porque el gas portador se suministra a la válvula de estrangulación (26) con una presión de por lo menos 0,1 MPa, preferentemente de aproximadamente 1,0 a 2,0 MPa.

11. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el CO_{2} se suministra por el conducto de alimentación (32) a temperatura ambiental bajo una presión necesaria para mantener el estado físico líquido.

12. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque el CO_{2} se suministra por el conducto de alimentación (32) a una temperatura inferior a -15ºC bajo una presión necesaria para mantener el estado físico líquido.

13. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el caudal de volumen del gas portador es de por lo menos 0,75 m^{3}/min.

14. Dispositivo para la limpieza de superficies, con un conducto de alimentación (32) para el CO_{2} líquido, que desemboca en un volumen de expansión (34), cumpliendo el volumen V del volumen de expansión y el área de sección transversal interior A del conducto de alimentación (32) la relación V^{1/3}/A^{1/2} > 3, y con una tobera de proyección (14) convergente/divergente para descargar una mezcla de gas portador y de CO_{2} en forma de nieve seca, caracterizado porque está previsto un conducto de proyección (10) para suministrar el gas portador bajo presión, porque el volumen de expansión (34) desemboca en el conducto de proyección (10) y porque la tobera de proyección (14) está conectada al extremo situado corriente abajo del conducto de proyección (10).

15. Dispositivo según la reivindicación 14, caracterizado porque la tobera de proyección (14) es una tobera de Laval.

16. Dispositivo según una de las reivindicaciones 14 ó 15, caracterizado porque la sección transversal del volumen de expansión (34) aumenta desde el conducto de alimentación (32) hasta el conducto de proyección (10).

17. Dispositivo según una de las reivindicaciones 14 a 16, caracterizado porque en el volumen de expansión (34) y/o en la transición entre el volumen de expansión (34) y el interior del conducto de proyección (10) está conformado por lo menos un borde perturbador (40).

18. Dispositivo según una de las reivindicaciones 14 a 17, caracterizado porque la sección transversal interior de un tramo corriente abajo (38) del volumen de expansión (34) coincide aproximadamente con la sección transversal interior del conducto de proyección (10).

19. Dispositivo según una de las reivindicaciones 14 a 18, caracterizado porque el volumen de expansión (34) desemboca desde un lado en un tramo recto del conducto de proyección (10).

20. Dispositivo según la reivindicación 19, caracterizado porque el volumen de expansión (34) desemboca en el conducto de proyección (10) bajo un ángulo comprendido entre 5º y 90º en la dirección de flujo.

21. Dispositivo según una de las reivindicaciones 14 a 20, caracterizado porque el volumen de expansión (34) presenta una longitud de por lo menos 15 mm, preferentemente de por lo menos 49 mm.

22. Dispositivo según una de las reivindicaciones 14 a 21, caracterizado porque el diámetro interior de la tobera de proyección (14) en su abertura de entrada coincide aproximadamente con el diámetro interior del conducto de proyección (10) y porque el diámetro interior de un estrechamiento (18) de la tobera de proyección está comprendido entre aproximadamente 15 y 75%, preferentemente entre aproximadamente 35 y 45% del diámetro del orifico de entrada.

23. Dispositivo según una de las reivindicaciones 14 a 22, caracterizado porque la distancia entre el punto de entrada del volumen de expansión (34) en el conducto de proyección (10) y el estrechamiento (18) de la tobera de proyección (14) es superior al diámetro (DL) del conducto de proyección (10).

24. Dispositivo según una de las reivindicaciones 14 a 23, caracterizado porque en el conducto de proyección (10) está prevista una válvula de estrangulación (26) corriente arriba del punto de entrada del volumen de expansión (34).

25. Dispositivo según una de las reivindicaciones 14 a 24, caracterizado porque está prevista una válvula de dosificación (42) en el conducto de alimentación (32) directamente corriente arriba del volumen de expansión (34).

26. Dispositivo según una de las reivindicaciones 14 a 25, caracterizado porque la longitud del volumen de expansión (34) es de aproximadamente 15 mm, preferentemente de por lo menos 30 mm.

27. Dispositivo según una de las reivindicaciones 14 a 26, caracterizado porque la tobera de proyección (14) es una tobera plana, que presenta un tramo cilíndrico (14a), una pieza de transición (14b) y un tramo aplanado (14c), que presenta una sección transversal interior aproximadamente rectangular.