Dispositivo y procedimiento para la limpieza, activación o pre-tratamiento de piezas de trabajo mediante chorros de nieve carbónica.

Procedimiento para la limpieza, activación o pre-tratamiento de piezas de trabajo (17) mediante chorros de nievecarbónica,

generados a partir de fluidos de CO2 que se encuentran bajo presión y al menos un gas comprimidoportador (2), acelerados a través de una tobera de salida (14), generándose una mezcla bifásica de dióxido decarbono compuesta de gas de dióxido de carbono y partículas de dióxido de carbono (9) en una cámara deaglomeración (8) mediante aglomeración y compactación de cristales de nieve carbónica (9) y añadiéndosemediante mezcla al gas portador (2), caracterizado porque se suministra a través de una abertura de dosificación(7) de una cámara de mezcla (1), a la que fluye un flujo de gas (2) central de gas comprimido portador, se dosificaradialmente desde el exterior al flujo de gas (2), se mezcla de forma turbulenta, se acelera en una tobera de salida(14) con el gas turbulento mezclado y se conduce sobre una pieza de trabajo (17).

Dispositivo y procedimiento para la limpieza, activación o pre-tratamiento de piezas de trabajo mediante chorros de nieve carbónica.

La invención se refiere a un dispositivo y a un procedimiento para la limpieza, activación o pre-tratamiento de piezas de trabajo mediante chorros de nieve carbónica, generados a partir de fluidos de CO2 que se encuentran bajo presión y al menos un gas comprimido portador, acelerados a través de una tobera de salida, generándose una mezcla bifásica de dióxido de carbono compuesta de gas de dióxido de carbono y partículas de dióxido de carbono en una cámara de aglomeración mediante aglomeración y compactación de cristales de nieve carbónica y añadiéndose mediante mezcla al gas portador.

Los procedimientos de tratamiento con chorro y los dispositivos de tratamiento con chorro para la limpieza, pretratamiento y activación de superficies son estado de la técnica desde hace muchas décadas. Para la limpieza industrial de herramientas y moldes, máquinas e instalaciones así como piezas constructivas, sin embargo, con motivo de las leyes ambientales cada vez más rigurosas y la mayor competencia, desde hace algunos años se buscan nuevas tecnologías de limpieza respetuosas con el medio ambiente y económicas.

El tratamiento de superficies con diferentes formas de dióxido de carbono está descrito desde hace más de 30 años en invenciones. El tratamiento con chorro con diferentes formas de dióxido de carbono (CO2) , entretanto, encuentra aplicación en algunas ramas.

El documento US-A 4962891 describe un dispositivo para la generación de una mezcla de partículas de CO2 y gas de CO2 a partir de CO2 líquido y su aceleración a altas velocidades a través de una estrecha tobera ranurada para la retirada de contaminaciones de un material de sustrato tal como aparatos ópticos u obleas. De por sí, en tales aplicaciones la superficie a limpiar se debe exponer solo a una reducida densidad de energía.

En la patente US-A 5616067 están descritos un procedimiento y un dispositivo para la limpieza de superficies sensibles a presión con energía relativamente reducida, en los que se dosifica CO2 líquido a una corriente de aire central, para fines especiales también una corriente de nitrógeno, y se acelera según el principio de inyector. La transformación en partículas de CO2 abrasivas de dimensión muy reducida se realiza en el propio flujo de gas, no está desvelada una cámara de distensión o aglomeración para una formación de nieve de CO2. Se propone una tobera a modo de formas conocidas de corte transversal convergentes-divergentes en dirección longitudinal (dirección axial) con corte transversal de salida oval o poligonal variable. El CO2 se deja entrar tangencialmente en el corte transversal de salida divergente.

El documento US-A 5405283 describe un procedimiento y un dispositivo con los que se refrigera aire comprimido de presión reducida mediante nitrógeno y se conduce el gas resultante junto con fluido de CO2 expandido a una cámara. A través de una tobera de chorro con sección convergente y divergente para el transporte, mezcla y aceleración de las partículas de CO2 con velocidad ultrasónica se dirige la mezcla de gas para la limpieza sobre sustratos con contaminaciones muy adheridas.

En el documento WO03/022525 se describe un procedimiento de tratamiento con chorro y un dispositivo de tratamiento con chorro para la limpieza de superficies. Con un adaptador se puede dosificar un agente de tratamiento con chorro abrasivo o un líquido desde una fuente a presión a un medio de tratamiento con chorro con un agente de tratamiento con chorro, tal como, por ejemplo, hielo seco. Se ha de conseguir una elevada potencia de chorro y/o una amplia distribución en abanico del chorro con la disposición.

Un procedimiento similar se conoce por el documento US 6 695 686 B1, en el que para la limpieza abrasiva de superficies con partículas de hielo seco producidas anteriormente como agente de tratamiento con chorro se suministran directamente delante de una tobera de chorro partículas monofásicas de hielo seco tangencialmente a una cámara, que después se aceleran axialmente por un flujo central de gas portador prácticamente con velocidad del sonido, con movimiento de giro alrededor del eje del flujo, y se proyectan a través de la tobera sobre una superficie.

En el documento WO00/74897 A1 está descrita una herramienta de tratamiento con chorro para la generación de un chorro a partir de nieve de CO2 con una primera tobera y una segunda tobera para la generación de un chorro de apoyo que rodea al primer chorro. En la salida de tobera de la primera tobera se realiza la conversión de fase del CO2 líquido.

En el documento WO2004/033154 A1 se describen un procedimiento de tratamiento con chorro y un dispositivo de tratamiento con chorro para la limpieza de superficies. A un gas portador suministrado de forma céntrica en un tubo se transforma el gas de CO2 que se encuentra bajo presión en un espacio de distensión en nieve seca o CO2 líquido, particularmente en partículas de hielo seco y se conduce con un ángulo agudo al tubo de tratamiento con chorro. A este respecto, la corriente de gas portador actúa como inyector. El volumen del gas portador o el CO2 líquido se pueden dosificar a través de válvulas de regulación; entonces, la mezcla de chorro se dirige, preferentemente a la velocidad del sonido, a través de una tobera de Laval sobre el sustrato a limpiar. El efecto de limpieza se ha de aumentar mediante gotas de agua y/o pellas de hielo a suministrar.

Los procedimientos y dispositivos anteriores para el tratamiento con chorro con diferentes fases de CO2 hasta ahora no se han podido generalizar industrialmente debido a los costes de las pellas de hielo seco, la reducida capacidad de automatización, el alto nivel de intensidad sonora así como la compleja logística para gas y piezas de trabajo a mecanizar.

Con frecuencia se consiguen potencias de chorro demasiado reducidas, ya que se utilizan diámetros de partícula demasiado pequeños o ninguna partícula sólida y/o velocidades de partícula demasiado reducidas. Por el contrario, durante el tratamiento con chorro con pellas de CO2 aparecen, debido a diámetros de partícula demasiado grandes, daños de las superficies de sustrato a mecanizar. Además, los costes de inversión y funcionamiento son demasiado altos para una utilización económica.

Partiendo del estado de la técnica que se ha mencionado en último lugar, la invención se basa en el problema de poner a disposición un procedimiento y un dispositivo para la limpieza mediante chorros de nieve carbónica, con los que sean posibles, con reducidos costes de inversión y funcionamiento así como sin daño de las superficies del sustrato mecanizadas, elevadas potencias de chorro, medidas como efecto de área por unidad de tiempo durante la limpieza / pre-tratamiento / activación de superficies. Además, la tecnología se debe poder utilizar en funcionamiento continuo de forma automatizada con una reducida complicidad logística.

El problema se resuelve de acuerdo con la invención mediante las características de las reivindicaciones 1 y 16. Están descritos perfeccionamientos de la invención en las reivindicaciones dependientes.

La primera solución comprende un procedimiento para la limpieza, activación o pre-tratamiento de piezas de trabajo mediante chorros de nieve carbónica, generados a partir de fluidos de CO2 que se encuentran bajo presión y al menos un gas comprimido portador, acelerados a través de una tobera de salida, generándose una mezcla bifásica de dióxido de carbono compuesta de gas de dióxido de carbono y partículas de dióxido de carbono en una cámara de aglomeración mediante aglomeración y compactación de cristales de nieve carbónica y añadiéndose mediante mezcla al gas portador, suministrándose a través de una abertura de dosificación a una cámara de mezcla, a la que fluye un flujo de gas central de gas comprimido portador, dosificándose radialmente desde el exterior al flujo de gas, mezclándose de forma turbulenta, acelerándose en una tobera de salida con el gas turbulento mezclado y conduciéndose sobre una pieza de trabajo.

La adición mediante mezcla se debe desarrollar, preferentemente, en una cámara de mezcla de tres niveles, fluyendo en la primera zona de la cámara de mezcla la mezcla bifásica de dióxido de carbono uniformemente alrededor de un tubo de tratamiento con chorro que sobresale al interior de la cámara de mezcla, suministrándose en la segunda zona de la cámara de mezcla al flujo de gas que fluye desde el tubo de tratamiento con chorro a la cámara de mezcla y mezclándose turbulentamente en la tercera zona de la cámara de mezcla.... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la limpieza, activación o pre-tratamiento de piezas de trabajo (17) mediante chorros de nieve carbónica, generados a partir de fluidos de CO2 que se encuentran bajo presión y al menos un gas comprimido portador (2) , acelerados a través de una tobera de salida (14) , generándose una mezcla bifásica de dióxido de carbono compuesta de gas de dióxido de carbono y partículas de dióxido de carbono (9) en una cámara de aglomeración (8) mediante aglomeración y compactación de cristales de nieve carbónica (9) y añadiéndose mediante mezcla al gas portador (2) , caracterizado porque se suministra a través de una abertura de dosificación

(7) de una cámara de mezcla (1) , a la que fluye un flujo de gas (2) central de gas comprimido portador, se dosifica radialmente desde el exterior al flujo de gas (2) , se mezcla de forma turbulenta, se acelera en una tobera de salida

(14) con el gas turbulento mezclado y se conduce sobre una pieza de trabajo (17) .

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la adición mediante mezcla se desarrolla en una cámara de mezcla (1) de tres niveles, fluyendo de forma uniforme en la primera zona (10) de la cámara de mezcla la mezcla bifásica de dióxido de carbono (9) alrededor de un tubo de tratamiento con chorro (4) que se introduce en la cámara de mezcla (1) , suministrándose en la segunda zona (11) de la cámara de mezcla (1) al flujo de gas (2) que fluye a la cámara de mezcla (11) desde el tubo de tratamiento con chorro (4) y mezclándose en la tercera zona (12) de la cámara de mezcla (1) de forma turbulenta.

3. Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque los parámetros presión, corriente volumétrica y/o temperatura de los fluidos usados en el procedimiento se detectan y registran por un ordenador mediante sensores y se controlan después del cotejo con valores teóricos predefinidos o calculados.

4. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque además de los parámetros de los fluidos se regula también un movimiento relativo de la tobera de salida (14) con respecto a la pieza de trabajo (17) a mecanizar mediante ordenador.

5. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque en el caso del flujo de gas (2) se trata de aire de la fuente de aire comprimido (5) o nitrógeno de un recipiente a presión (6) .

6. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el flujo de gas (2) a la entrada en la cámara de mezcla (1) se ajusta a una temperatura de 10 ºC a 40 ºC.

7. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el flujo de gas (2) a la entrada en la cámara de mezcla (1) se ajusta a una temperatura mayor de 50 ºC.

8. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el flujo de gas (2) se hace rotar con torsión antes de la entrada en la cámara de mezcla (1) .

9. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la mezcla bifásica de dióxido de carbono (9) compuesta de gas de dióxido de carbono y partículas de dióxido de carbono se hace rotar con torsión delante de la abertura de dosificación (7) .

10. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque en el flujo de gas

(2) se introducen gotas de líquido, preferentemente gotas de agua.

11. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizado porque en la cámara de mezcla (1) se suministran gotas de líquido, preferentemente gotas de agua.

12. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque en el flujo de gas

(2) se introducen partículas sólidas de agente de tratamiento con chorro.

13. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizado porque como partículas de chorro sólidas se utilizan, preferentemente, partículas orgánicas que incluyen harina, madera, plásticos o partículas inorgánicas que incluyen sólidos molidos finamente de silicio, sal.

14. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la mezcla bifásica de dióxido de carbono compuesta de gas de dióxido de carbono y partículas de dióxido de carbono (9) se refrigera en la cámara de aglomeración (8) delante de la abertura de dosificación (7) desde el exterior, preferentemente con nitrógeno líquido.

15. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque a la mezcla bifásica de dióxido de carbono compuesta de gas de dióxido de carbono y partículas de dióxido de carbono (9) se

añade nitrógeno líquido delante de la abertura de dosificación (7) .

16. Dispositivo para la limpieza, activación o pre-tratamiento de piezas de trabajo (17) mediante chorros de nieve carbónica, particularmente para la realización de un procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, que comprende un dispositivo de tratamiento con chorro (3, 4) con equipos de suministro regulables y fuentes de presión (5, 6) para el gas portador (2) y fluido de dióxido de carbono, una cámara de aglomeración (8) para la generación de cristales de nieve carbónica (9) y un equipo de mezcla (1) para el gas portador (2) y dióxido de carbono (9) así como una tobera de salida (14) dispuesta por detrás, caracterizado porque

- el equipo de suministro (3) para gas portador está configurado como un tubo de tratamiento con chorro (4) que se introduce en el equipo de mezcla (1) ,

- la cámara de aglomeración (8) para la aglomeración y compactación de cristales de nieve carbónica en una mezcla bifásica de dióxido de carbono presenta una abertura de dosificación (7) que desemboca en un espacio anular (10) ,

- el equipo de mezcla (1) está configurado como cámara de mezcla (10, 11, 12) de varias piezas en un extremo con un espacio anular (10) y en el otro extremo tiene una abertura de salida (13) que desemboca en la tobera de salida (14) .

17. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 16, caracterizado porque en el caso de la cámara de mezcla (1) se trata de una cámara de mezcla de tres niveles, estando configurada la primera zona (10) de la cámara de mezcla para que la mezcla bifásica de dióxido de carbono (9) fluya de forma uniforme alrededor de un tubo de tratamiento con chorro (4) que se introduce en la cámara de mezcla (1) , estando diseñada la segunda zona (11) de la cámara de mezcla (1) para suministrar al flujo de gas (2) desde el tubo de tratamiento con chorro (4) la mezcla bifásica y estando diseñada una tercera zona (12) de la cámara de mezcla (1) para causar una mezcla turbulenta de dióxido de carbono (CO2; 9) y gas portador (2; 5, 6) .

18. Dispositivo de acuerdo con las reivindicaciones 16 o 17, caracterizado porque la cámara de aglomeración (8) está configurada como tubo con nervios internos (27) .

19. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 16 a 18, caracterizado porque los nervios internos (27) de la cámara de aglomeración (8) tienen un recorrido lineal en dirección de flujo del dióxido de carbono CO2 (flecha) .

20. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 16 a 18, caracterizado porque los nervios internos de la cámara de aglomeración (8) están dispuestos en forma de una hélice en la circunferencia interna del tubo.

21. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 16 a 20, caracterizado porque la cámara de mezcla (1) en subzonas (11 o 12) posteriores presenta un estrangulamiento o deflectores para reforzar la turbulencia de las corrientes de gas.

22. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 16 a 21, caracterizado porque la tobera de salida (14) está diseñada como tobera de Laval.

23. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 16 a 21, caracterizado porque la tobera de salida (14) está diseñada como tobera con corte transversal redondo (32, 34) , plano (36, 37) o anular (40) .

24. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 23, caracterizado porque la tobera plana tiene una abertura de salida (36, 37) con una anchura de 20 mm a 120 mm así como una altura de 1 mm a 4 mm.

25. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 23, caracterizado porque la tobera redonda tiene una abertura de salida (32, 34) con un diámetro de 2 mm a 20 mm.

26. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por un ordenador para el control de los parámetros presión, corriente volumétrica y/o temperatura de los fluidos usados en el procedimiento, que se detectan y registran mediante sensores y se cotejan con valores teóricos predefinidos o calculados.

27. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por un ordenador adecuado para regular, además de los parámetros de los fluidos, también un movimiento relativo de la tobera de salida (14) con respecto a la pieza de trabajo (17) a mecanizar.

28. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por un equipo de automatización, en el que un ordenador de control puede acceder a través de miembros de ajuste eléctricos a un control neumático para todo el dispositivo.