Outros métodos de jato de areia baseiam-se principalmente na força cinética para remover os contaminantes, gerada pelo impacto do meio sobre a superfície. Dadas as propriedades únicas do gelo seco, o método do gelo seco também se baseia na força cinética, mas incorpora ainda dois outros fatores que resultam num processo de limpeza mais eficaz.
Antes de entrarmos em detalhes sobre como funciona a limpeza com gelo seco, vamos simplificar o processo e criar um acrónimo fácil de lembrar que facilite a memorização dos três fatores. Na Cold Jet, gostamos de usar o acrónimo ICE:
- Impact
O impacto dos pellets cria um efeito de energia cinética. O gelo seco brando é acelerado por ar comprimido através de bicos especialmente concebidos a velocidades supersónicas.
- Cold
A baixa temperatura dos pellets de gelo seco cria um efeito térmico. A temperatura do gelo seco (-78,9 °C) torna o contaminante quebradiço, ajudando a quebrar a ligação entre o substrato e o contaminante.
- Expansion
Expansão dos pellets de gelo seco. Os pellets de gelo seco sublimam ao impactar, expandindo-se volumetricamente e eliminando o contaminante.
Esta é uma forma simples de lembrar como funciona a limpeza com gelo seco, mas vamos aprofundar os três fatores principais que contribuem para o processo de limpeza. A limpeza com gelo seco combina três fatores principais para eliminar os contaminantes:
1) Energia cinética do pellet
O gelo seco é acelerado por ar comprimido através de um bocal a velocidades supersónicas. Quando o gelo seco colide com o substrato que está a ser limpo, produz-se um efeito cinético.
Este efeito é o que mais contribui para o processo de limpeza quando os substratos estão à temperatura ambiente ou abaixo dela.
Mesmo a altas velocidades de impacto e ângulos de impacto frontais diretos, o efeito cinético dos pellets de CO₂ sólido é mínimo em comparação com outros meios. Isto deve-se à relativa suavidade de uma partícula sólida de CO₂ (1,5-2 na escala de dureza de Mohs), que não é tão densa e dura como outros meios de projeção.
Além disso, o pellet muda de fase sólida para gasosa quase instantaneamente após o impacto. Muito pouca energia de impacto é transferida para o revestimento ou substrato, pelo que o processo de limpeza com gelo seco é considerado não abrasivo.
2) Efeito de choque térmico
A temperatura (-78,9 °C) do gelo seco provoca um choque termodinâmico, o que torna o contaminante frágil e contrai-o. As microfissuras resultantes ajudam a quebrar a ligação entre a superfície e o contaminante.
A sublimação instantânea (mudança de fase de sólido para gás) do gelo seco ao impactar absorve o máximo de calor da capa superior muito fina do contaminante da superfície. O máximo de calor é absorvido devido ao calor latente da sublimação.
A transferência muito rápida de calor para o gelo seco a partir da camada superior do revestimento cria uma diferença de temperatura extremamente grande entre as sucessivas microcamadas dentro do contaminante. Este forte gradiente térmico produz tensões de cisalhamento localizadas entre as microcamadas. As tensões de cisalhamento produzidas também dependem da condutividade térmica e do coeficiente térmico de expansão/contração do contaminante, bem como da massa térmica do substrato subjacente.
O alto cisalhamento produzido num período de tempo muito curto provoca microfissuras rápidas entre as camadas, o que leva à ruptura da ligação entre o contaminante e a superfície do substrato.
3) Efeito térmico-cinético
Quando ocorre o impacto, a dissipação da energia do impacto e a transferência de calor extremamente rápida entre o pellet e a superfície fazem com que as partículas de gelo seco se sublimem ou se expandam instantaneamente e voltem ao estado de gás natural.
Durante essa transição de fase sólida para gasosa, o volume do gelo seco se expande até 800 vezes em poucos milissegundos e levanta o contaminante do substrato. Trata-se, na verdade, de uma «microexplosão» no ponto de contato.
A «microexplosão» é potencializada para levantar as partículas de revestimento fraturadas termicamente do substrato. Isto deve-se à falta de energia de ricochete das partículas de gelo seco, que tendem a distribuir a sua massa ao longo da superfície durante o impacto.
O gás CO₂ expande-se para fora ao longo da superfície e a «frente de choque da explosão» resultante proporciona eficazmente uma área de alta pressão concentrada entre a superfície e as partículas contaminantes fraturadas termicamente. Isto resulta numa força de elevação muito eficaz para afastar as partículas da superfície.
