¿Cómo se fabrica el hielo seco?

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A pesar de comenzar como un simple subproducto del procesamiento del amoníaco, el hielo seco tiene un sinfín de usos, especialmente en los campos de la producción de alimentos, la medicina, la industria y el transporte. En esta guía, profundizaremos en los detalles de cómo se fabrica el hielo seco, las diferentes formas en las que está disponible y sus aplicaciones industriales. Sin embargo, primero haremos un breve resumen de lo que es el hielo seco. Si está más interesado en saber quién puede suministrarle hielo seco, también puede consultar nuestra guía sobre los principales proveedores de hielo seco, o puede obtener más información sobre la limpieza criogénica en nuestra guía sobre el tema.

De un vistazo:

1. ¿Qué es el hielo seco?
2. ¿Cómo se fabrica el hielo seco?
3. Formas de hielo seco
4. Máquinas de producción de hielo seco
5. Aplicaciones del hielo seco

¿Qué es el hielo seco?

El hielo seco es otro nombre para el dióxido de carbono congelado. Este material, que se congela alrededor de los -109 grados F, es popular porque su forma sólida se sublima directamente en gas bajo presión atmosférica normal, sin dejar humedad. Como el hielo seco es simplemente dióxido de carbono, tampoco es tóxico y, cuando se friega, es seguro alrededor de los alimentos. Sin embargo, debido a su baja temperatura, puede causar quemaduras cuando entra en contacto con la piel desnuda, y debe manipularse en zonas bien ventiladas para evitar el peligro de asfixia.

¿Cómo se fabrica el hielo seco?

El hielo seco comienza su vida como un subproducto; se recoge de la refinación de amoníaco, petróleo u otros productos químicos. Este gas suele tomarse del proceso de producción de amoníaco, ya que es la forma más eficiente de producir dióxido de carbono, pero en Estados Unidos también se obtiene principalmente del proceso de producción de etanol. El gas natural se quema para separar los átomos de carbono e hidrógeno, y el hidrógeno se combina con el nitrógeno para producir amoníaco. El carbono sobrante se puede mezclar con el oxígeno para producir dióxido de carbono.

Una vez cosechado, el dióxido de carbono destinado a entrar en contacto con los alimentos se depura para que sea de calidad alimentaria. Esto se consigue haciéndolo pasar por una cámara con un adsorbente de CO2. A medida que el dióxido de carbono se adsorbe, los gases restantes se expulsan para ser eliminados mediante un oxidante térmico o una antorcha. Una vez que la cámara está vacía de todo excepto del adsorbente lleno de dióxido de carbono, el adsorbente se calienta para liberar el gas limpio con una ráfaga de CO2 limpio. El dióxido de carbono sobrante puede entonces ser retirado y enviado al siguiente paso, donde será licuado. Esto se consigue comprimiendo y enfriando el CO2 a una presión de unas 870 lbs/pulg2. Una vez licuado, puede enviarse a una fábrica para ser procesado en su forma sólida final.

El dióxido de carbono líquido se convierte en sólido mediante la despresurización. El CO2 entra en un tanque con presión atmosférica normal a través de una válvula de expansión, que elimina la presión del líquido para permitir que se gasifique de nuevo. A medida que el gas se expande, baja la temperatura dentro del tanque, congelando algo menos de la mitad del dióxido de carbono en un sólido antes de que pueda convertirse en gas. Este 46% del dióxido de carbono se convierte en nieve, que se condensa en la placa superior de una prensa, que luego la comprime durante unos cinco minutos bajo 60 toneladas de fuerza para crear un bloque. Para los pellets de hielo seco, la nieve se extruye a través de matrices en un granulador.

Si la nieve se comprime en forma de bloque, un bloque de dos pies de ancho sale de la cámara en una cinta transportadora. A partir de ahí, unas sierras neumáticas lo cortan al tamaño deseado. Una vez fabricados los pellets o bloques, hay que empaquetarlos herméticamente en un embalaje aislante para evitar que se sublimen en gas. A veces los bloques también se envuelven en papel u otros materiales para mayor protección.

Formas de hielo seco

El hielo seco se vende en varios tipos de formas dependiendo de la aplicación:

• El hielo seco de alta densidad dura más y es más fácil de manejar. Es el mejor tipo para la limpieza a chorro ya que es más duro que el hielo seco normal, y congela la superficie que está pelando para hacerla más frágil.
• Los pellets, que se derriten más rápidamente gracias a su alta superficie, se utilizan para la comida congelada, el procesamiento de carne, los experimentos de laboratorio y el transporte de muestras de laboratorio y plasma sanguíneo. También los utilizan los consumidores y las compañías de teatro para crear efectos de niebla. Los pellets vienen en una gama de tamaños. Los pellets de arroz, que son el tamaño más pequeño, se utilizan para la voladura.
• Las rodajas o losas también se utilizan para el almacenamiento y transporte en frío de alimentos y suministros médicos, así como en los aviones para la conservación de alimentos. Suelen ser de 10x10x2 pulgadas, pero también pueden venir en tamaños personalizados.
• Los bloques suelen pesar unas 60 libras y vienen en tamaños de 10x10x12 pulgadas. Estos se funden más lentamente ya que tienen la menor superficie y el mayor volumen. A menudo se utilizan para la maquinaria de chorro frío que está equipada para bloques completos.

Máquinas de producción de hielo seco

Las máquinas de hielo seco están disponibles en varios tipos diferentes, pero fundamentalmente, operan en el mismo principio básico que se describió anteriormente – a saber, la introducción de un cambio de fase en el dióxido de carbono tomando la forma líquida y pasándola a través de una válvula de expansión permitiendo así que se expanda bajo la presión atmosférica, se forme en gas y cree nieve de hielo seco (dióxido de carbono congelado). El calor de vaporización del cambio de fase hace que la temperatura descienda y permite la generación de la nieve de hielo seco. El exceso de gas de CO2 se recupera para su uso posterior (en equipos de producción más grandes y sofisticados) o se ventila a la atmósfera (en unidades más pequeñas con diseños más simples y rendimientos de producción más bajos).

Un tipo de máquina de producción de hielo seco se conoce como peletizador, que produce, como su nombre indica, pellets de hielo seco. Los granuladores están disponibles en diferentes tamaños en función de su capacidad de producción, que suele medirse en unidades de kg/hora o lbs/hora. La capacidad de producción también puede contener una especificación para la presión de entrada del CO2 en unidades de presión como bar o psi. Cuanto mayor sea la capacidad de producción, mayor será el tamaño de la máquina y más líquido de CO2 se consumirá en la producción de hielo seco. La selección de un modelo para su uso depende esencialmente de la capacidad de producción y del estilo deseado de hielo seco, que depende de la aplicación prevista.

El principio de funcionamiento de estas máquinas es bastante sencillo. El CO2 líquido se inyecta en una prensa de hielo seco en las máquinas peletizadoras, donde se expande rápidamente y se evapora en un gas que se enfría hasta su punto de congelación de -109oF (-78,3oC). Una vez que se ha formado la nieve seca, se utiliza un pistón hidráulico para comprimir el hielo seco y forzarlo a través de una placa extrusora o matriz de pellets. Las placas están disponibles con diferentes dimensiones de apertura de la matriz que permiten la formación de diferentes tamaños de pellets como 1/8″, ¼», 3/8″, 5/8″ o ¾». Los tamaños más pequeños de pellets pueden utilizarse para aplicaciones de chorreado, y los más grandes para fines de refrigeración. Los pellets suelen ser expulsados en contenedores aislados que pueden utilizarse para el almacenamiento/envío del hielo seco. Algunos modelos de máquinas de producción de hielo seco cuentan con múltiples placas extrusoras que pueden cambiarse automáticamente a demanda, mientras que otros requieren un cambio manual. Las máquinas reformadoras especializadas son capaces de tomar pellets de hielo seco y producir bloques de hielo seco densos comprimiendo los pellets contra una cavidad del molde. También existen máquinas de prensado de bloques, que producen directamente hielo seco en forma de bloque a partir de la alimentación de CO2 líquido. Los bloques se cortan a menudo a tamaños específicos y se venden a los clientes en función de sus especificaciones particulares.

Muchas máquinas de producción de hielo seco están diseñadas para funcionar con dióxido de carbono líquido que se almacena en tanques y se entrega en tanques presurizados por camión o vagón de tren. En otros casos, las instalaciones de producción de hielo seco se situaron muy cerca de las refinerías de petróleo o amoníaco, donde el gas de dióxido de carbono se produce como subproducto de la producción de etanol o amoníaco. Esta proximidad minimiza los costes y las distancias desde las que se puede obtener fácilmente un suministro de gas CO2. En estos casos, se puede tender una tubería directamente desde las refinerías hasta la instalación de producción de hielo seco. Algunos modelos de máquinas de hielo seco están diseñados con doble redundancia paralela, lo que permite que las operaciones continúen en un lado de la máquina mientras el otro está siendo reparado.

Cuando el acceso a una fuente de gas CO2 no está disponible, los sistemas de gama alta para la producción de hielo seco a gran escala añaden capacidades adicionales a la maquinaria de producción de hielo seco, lo que les permite ser más autosuficientes y eficientes en sus operaciones de producción. Esto incluye la adición de generadores de CO2 que permiten a la planta producir gas de dióxido de carbono a partir de la combustión directa de combustibles fósiles como el gasóleo, el queroseno o el gas natural.

Aplicaciones del hielo seco

La capacidad del CO2 para evaporarse sin dejar charcos lo convierte en una herramienta de refrigeración popular en varias industrias. El hielo seco también se utiliza para la congelación instantánea en la fabricación de caucho y alimentos, la limpieza de fugas de refrigeración de amoníaco, la limpieza por chorro, que permite al usuario realizar un chorro más suave que la arena u otros medios sin tener que limpiar tanto.

• Transporte. Este material se puede utilizar para pequeños paquetes o contenedores de envío para cualquier cosa que necesite mantenerse fría, incluyendo plantas vivas, alimentos, productos químicos y suministros médicos. Incluso se utiliza para mantener el asfalto a una temperatura constante entre la planta y el lugar de trabajo.
• Alimentos y bebidas. El hielo seco se utiliza en la conservación de una serie de alimentos, desde frutas y verduras hasta cereales, carne y pescado y helados. Los fabricantes de bebidas lo demandan de forma significativa para la producción de bebidas carbonatadas como los refrescos. El hielo seco también se utiliza para eliminar las bacterias y el moho en las cocinas comerciales.
• Médico. Entre su temperatura y su incapacidad para dejar humedad a presión normal, el hielo seco desalienta el crecimiento de bacterias y moho. Por eso, además de para alimentos, se utiliza para almacenar vacunas, muestras médicas, trasplantes de órganos y suministros médicos. También se utiliza a menudo para eliminar imperfecciones de la piel, como las verrugas, o en gorros fríos para que los pacientes de quimioterapia frenen la caída del cabello.
• Fabricación. El hielo seco se utiliza en la fabricación de plástico y caucho para desmoldar las piezas moldeadas, ya que hace que el revestimiento sea frágil y encoge la pieza. Su capacidad para encoger los materiales también lleva a su uso en el montaje de accesorios de goma y metal dentro de cojinetes y manguitos. Los fabricantes de productos químicos también utilizan este material para ralentizar o detener las reacciones químicas de las sales, el dioxano, el alcohol bencílico y la acetona, así como para neutralizar los álcalis.
• Otros usos industriales. El dióxido de carbono congelado se utiliza como limpiador en la industria petrolera, así como en la industria alimentaria; los trabajadores lo combinan con otros ingredientes para separar la parafina y el aceite del resto de los depósitos dentro de los tanques para poder procesarlos. También se utiliza para expulsar el oxígeno del interior de tanques de contención inflamables cuando necesitan ser reparados, o para mantener el oxígeno alejado de los productos químicos inflamables cuando se utilizan.

Conclusión

A través de la separación, congelación y compresión, el dióxido de carbono congelado puede adoptar las formas necesarias para aplicaciones tan variadas como la conservación de alimentos, el tratamiento de la piel y la fabricación de plásticos. Después de esta exploración de cómo se produce y utiliza el hielo seco, esperamos que utilice este conocimiento para abastecerse más eficazmente de lo que su empresa necesita. Si está preparado para empezar a buscar maquinaria o proveedores de hielo seco, le invitamos a consultar nuestra página de descubrimiento de proveedores, que contiene información sobre más de 500.000 proveedores de equipos y materiales en Estados Unidos y Canadá.

Fuentes:

1. https://www.swtc.edu/Ag_Power/air_conditioning/lecture/expansion_valve.htm
2. https://www.cryonomic.com/en/dry-ice-process
3. https://dryiceinfo.com/mfn.htm
4. https://www.continentalcarbonic.com/how-is-dry-ice-made.html
5. http://www.madehow.com/Volume-7/Dry-Ice.html
6. https://www.verdict.co.uk/how-is-co2-produced-commercially-shortage/
7. https://sulfatrap.com/applications/carbon-dioxide-purification/food-grade-carbon-dioxide/
8. https://www.pacificdryice.com/the-different-forms-of-dry-ice-and-their-common-uses/
9. https://crystalicela.com/4-common-commercial-and-industrial-uses-for-dry-ice/
10. https://emergencyice.com/alternative-uses-for-ice/
11. https://www.wbur.org/commonhealth/2020/09/04/covid-vaccine-dry-ice-shortage
12. https://www.ascoco2.com/us/dry-ice-production/dry-ice-production

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