Hielo seco

Antecedentes

El hielo seco es el nombre que se le da al dióxido de carbono cuando se encuentra en estado sólido. El dióxido de carbono se encuentra en la atmósfera terrestre; es un gas que los humanos exhalan y las plantas usan para la fotosíntesis. Este compuesto químico es incoloro, inodoro, insípido y aproximadamente 1,5 veces más denso que el aire. El dióxido de carbono pasa de ser un gas a un sólido blanco opaco mientras está bajo presión y a bajas temperaturas, volviéndose sólido a -109 ° F (178.5 ° C). El hielo seco se fabrica principalmente en dos formas, ya sea como un bloque de hielo seco que pesa más de 50 lb (22,7 kg) o en trozos pequeños que varían en tamaño desde el tamaño de un grano de arroz hasta un gránulo más grande. El hielo seco no se derrite, sino que se sublima, lo que significa que el sólido se convierte directamente en gas (sin pasar por el estado líquido) a medida que aumenta la temperatura y el sólido comienza a disiparse. Esta característica inusual da como resultado un efecto de humo, y el hielo seco parece humear mientras se sublima. Por lo tanto, el hielo seco se usa a menudo para simular niebla o humo.

El hielo seco en sí no es venenoso, pero la superficie del sólido está tan fría que no debe tocarse sin guantes. Además, aunque el gas es estable e inerte, es más pesado que el aire y puede concentrarse en áreas bajas o espacios cerrados. Cuando la concentración de dióxido de carbono en el aire supera el 5%, el dióxido de carbono se vuelve tóxico. Por lo tanto, cualquier área en la que se utilice hielo seco debe estar bien ventilada.

Es relativamente sencillo convertir el dióxido de carbono de un gas a un sólido. En los Estados Unidos existen muchos fabricantes de hielo seco, y el hielo seco se envía a todas partes del país para una variedad de usos. Es un refrigerante importante para mantener fríos los alimentos y prevenir el crecimiento bacteriano durante el envío. El hielo seco que se usa para enfriar o congelar alimentos debe estar muy limpio y considerarse de "grado alimenticio" para garantizar que los alimentos que pueda tocar no se contaminen. Debido a que el sólido se sublima en lugar de derretirse, se pueden colocar grandes cantidades de hielo seco en contenedores de envío sin tener en cuenta el volumen de agua derretida que se acumula cuando se usa hielo como refrigerante. Los usos relacionados con los alimentos son extensos e incluyen la congelación rápida de alimentos para uso futuro en plantas de procesamiento de alimentos, el retraso del crecimiento de levadura activa en las panaderías y el mantenimiento de los alimentos refrigerados para la industria de las aerolíneas.

Otros usos incluyen:ralentizar el crecimiento de botones florales en viveros para mantener las plantas frescas para los consumidores, congelación instantánea en la industria del caucho durante la fabricación, absorber fugas de refrigeración de amoníaco y generar humo para producciones teatrales. La aplicación reciente más importante de hielo seco es la limpieza con hielo seco (o limpieza) en la que se arrojan gránulos de hielo seco a una superficie para limpiarlos a alta velocidad. Los gránulos eliminan los contaminantes de la superficie, se subliman a la atmósfera y no dejan gases tóxicos. El único residuo es la suciedad o la pintura que queda para su eliminación.

Historial

El hielo seco no se inventó, sino que las propiedades del dióxido de carbono sólido se descubrieron a principios del siglo XX. Se produjo por primera vez comercialmente en la década de 1920 en los Estados Unidos. Una empresa comercial registró el nombre dry ice en 1925 y desde entonces se ha hecho referencia al dióxido de carbono sólido como hielo seco. Hasta hace relativamente poco, el hielo seco solía denominarse hielo caliente una referencia al hecho de que cuando uno toca la superficie fría, la mano se siente quemada.

Parece que Prest-Air Devices Company de Long Island, Nueva York, produjo con éxito hielo seco por primera vez en 1925. También en ese año, Schrafft's de la ciudad de Nueva York utilizó por primera vez el producto para evitar que su famoso helado se derrita dentro de su salón. El hielo seco se usó mucho más ampliamente para la refrigeración y congelación de alimentos a mediados del siglo XX que en la actualidad. Prácticamente todas las heladerías del mundo utilizaron hielo seco para mantener el helado congelado hasta mucho después de la Segunda Guerra Mundial, cuando la refrigeración eléctrica se volvió asequible y eficiente. La fabricación de hielo seco no ha cambiado significativamente en muchas décadas y es un proceso relativamente simple de presurizar y enfriar dióxido de carbono gaseoso. Los usos del hielo seco han disminuido un poco con la llegada de una mejor refrigeración eléctrica. Algunos desarrollos recientes para su uso incluyen el uso de gránulos en granallado o limpieza y su uso cada vez mayor en el transporte de muestras médicas, incluidos corazones, extremidades y tejidos, para la reinserción y el trasplante.

Materias primas

La única materia prima utilizada en la fabricación de hielo seco es el dióxido de carbono. Esta materia prima es el subproducto del refinamiento de gases emitidos durante la fabricación o refinamiento de otros productos. La mayor parte del dióxido de carbono que se utiliza en la fabricación de hielo seco en los Estados Unidos se deriva del refinamiento de los gases emitidos durante el refinamiento del petróleo y el amoníaco. El dióxido de carbono emitido durante estos procesos se succiona y "limpia" para eliminar las impurezas del dióxido de carbono de grado alimenticio que eventualmente se convertirá en hielo seco.

El
proceso de fabricación

1. El dióxido de carbono se licúa comprimiéndolo y enfriándolo, licuándose a una presión de aproximadamente 870 lb / in ² (395 kg / cm ² ) a temperatura ambiente. El dióxido de carbono líquido se bombea, a través de tuberías, a enormes tanques de almacenamiento para que los fabricantes de hielo seco puedan eliminar el líquido necesario.
2. El dióxido de carbono líquido se envía en grandes cantidades, a veces con un peso de muchas toneladas. Por lo tanto, la mayoría de los fabricantes de hielo seco optan por ubicar sus fábricas cerca de las refinerías de petróleo o amoníaco para mantener los costos de transporte asequibles. El dióxido de carbono líquido refrigerado y presurizado se canaliza directamente a un tanque presurizado o vagón de ferrocarril propiedad del fabricante de hielo seco y se dirige a la planta.
3. El maletero del tanque llega a la fábrica y vierte el dióxido de carbono líquido en tanques enormes en las instalaciones. Estos tanques mantienen el líquido a presión, manteniéndolo refrigerado para que permanezca en estado líquido. Estos tanques están situados junto a la pared de la fábrica y, a través de la tubería, el líquido se lleva directamente al interior cuando se requiere para la fabricación.
4. El dióxido de carbono líquido se libera, nuevamente a través de tuberías, desde los tanques adyacentes a través de la pared de la fábrica y hacia la prensa de hielo seco. Cuando el líquido se mueve de un entorno altamente presurizado a la presión atmosférica, se expande y se evapora a altas velocidades, lo que hace que el líquido se enfríe hasta su punto de congelación, que es -109 ° F (-78,3 ° C). Una boquilla coloca el líquido en el bloque superior de una prensa de hielo seco, que mide aproximadamente 4,9 m (16 pies) de altura. Esta prensa incluye un gran bloque en la parte superior que puede ejercer una presión extrema sobre el producto que se introduce en ella. Cuando el dióxido de carbono líquido golpea el bloque de la prensa de hielo seco, se solidifica inmediatamente ya que ahora está a temperatura ambiente. El dióxido de carbono ahora se parece a la nieve.
5. Esta nieve, ahora en la parte superior de la prensa, debe comprimirse en un bloque de hielo seco. Así, esta parte superior de la prensa sube y baja con una presión extraordinaria (alrededor de 60 toneladas), aplastando la nieve y convirtiéndola en un bloque sólido de hielo seco. Este es un proceso de aproximadamente cinco minutos. Cuando el bloque es sólido, generalmente mide aproximadamente 2 pies (61 cm) de ancho y 10 pulgadas (25 cm) de alto, y pesa aproximadamente 220 libras (100 kg).
6. Este bloque de hielo seco blanco opaco se saca de la prensa y se coloca en un rodillo. Una sierra neumática corta el bloque por la mitad y los bloques se empujan a otra sierra que corta los bloques más pequeños una vez más. Por lo tanto, el bloque único hecho en la prensa de hielo seco ahora está en cuatro piezas, cada una con un peso de aproximadamente 55 libras (25 kg).
7. Los bloques más pequeños se colocan en recipientes que mantienen los bloques fríos para que la sublimación se mantenga al mínimo. Si se envían sin envolver, deben embalarse herméticamente en un contenedor, La formación de hielo seco es una serie de reacciones químicas. generalmente incluye cuatro bloques, con muy poco aire permitido en el interior para reducir la sublimación. Si se quita un bloque durante el envío, los otros bloques comenzarán a disiparse rápidamente. Muchos fabricantes de hielo seco envuelven los bloques en papel usando máquinas (es aconsejable no tocar la superficie muy fría) y lo envían a distribuidores o mayoristas.

Control de calidad

Los problemas de control de calidad giran principalmente en torno al grado del dióxido de carbono utilizado en la fabricación de hielo seco de grado alimenticio. Recientemente, el gobierno federal estableció estándares bastante estrictos para la pureza del dióxido de carbono utilizado en la fabricación de hielo seco, lo que provocó que los fabricantes certifiquen y prueben el dióxido de carbono líquido utilizado, así como la pureza del producto fabricado.

Otros problemas de control de calidad incluyen asegurarse de que los tanques y el equipo funcionen con precisión. Si la presión no se mantiene adecuadamente, el producto no se puede producir. Es muy importante mover el producto de manera rápida y eficiente desde el corte hasta el almacenamiento, ya que el hielo seco se sublima rápidamente a temperatura ambiente, lo que reduce el peso y el precio del producto vendible. El envío debe empacar los bloques densamente para reducir también la sublimación en tránsito.

Subproductos / Residuos

No se crean productos químicos importantes en la producción de hielo seco. Dado que el producto está hecho solo de dióxido de carbono, cuando el producto se sublima, los gases se emiten a la atmósfera. El único desperdicio detectable es la sublimación del producto en forma de bloque, que se mantiene al mínimo.

El futuro

Si bien el uso de hielo seco en refrigeración y almacenamiento de alimentos puede estar disminuyendo, su uso en otras áreas es prometedor. Como se mencionó anteriormente, los limpiadores de casas y los operadores de maquinaria están interesados ​​en los pequeños gránulos de hielo seco por su capacidad para bombardear una casa o máquina a alta presión, eliminar la suciedad u otros contaminantes y luego disiparse en la atmósfera. Recientemente, una compañía telefónica utilizó gránulos de hielo seco para limpiar de forma segura equipos de prueba electrónicos sensibles sin utilizar disolventes peligrosos. Los talleres de reparación de carrocerías han descubierto que la aplicación de hielo seco en las abolladuras del cuerpo a veces puede eliminar la desfiguración. Además, las pruebas en bloques de hielo seco recomiendan colocarlo en agujeros de ardilla para erradicar las plagas o colocarlo en el patio trasero para atraer mosquitos y mantenerlos alejados de los humanos.

Dónde obtener más información

Libros

Russell, Allan S. Enciclopedia de ciencia y tecnología McGraw-Hill. Vol. 5. Nueva York:1997.

El libro de respuestas de Handy Science. Segunda ed. Detroit:1997.

Otro

"Hielo seco." Página web About.com. Agosto de 2001. .

dryicelnfo.com Página de inicio. Julio de 2001. .

Entrevista a Chuck Hines. Propietario de Arctic Dry Ice Company. Baltimore. 31 de julio de 2001.

Nancy EV Bryk