DROOGIJSSTRALEN

Beschrijving

Reinigen door middel van CO2 is een efficiënte reinigings-techniek die nog relatief weinig gekend is. Toch krijgt men een groot rendement in tal van industriële reinigingstoepassingen, en de typische eigenschappen van vast CO2 maken droogijsstralen tot een interessante reinigingsmethode voor diverse industriële sectoren.

De straaltechniek is wellicht de meest efficiënte manier om hardnekkig vuil van oppervlakken en/of machines te verwijderen. Tot vorig decennium werd hierbij hoofdzakelijk met grit gewerkt. Maar sinds enkele jaren beginnen alternatieven zoals droogijsstralen de markt steeds meer te veroveren.

Droogijsstralen is een reinigingstechniek die ontwikkeld werd door de NASA – voor o.a. het reinigen van hun space shuttles – en sinds het midden van de jaren tachtig commercieel beschikbaar is. Door de specifieke eigenschappen zijn diverse toepassingen mogelijk over een breed terrein, en de toepasbaarheid werd nog belangrijk verbeterd door de ontwikkeling van de ‘controljet’ die op de straalpistolen aangebracht kan worden.

Hardnekkig vuil

Het verwijderen van hardnekkig vuil van oppervlakken en/of machines is vaak geen gemakkelijke opdracht. Denk bijvoorbeeld maar aan roest, lijmresten, verven, kauwgom, inkt, enz. In de eerste helft van vorige eeuw werden deze werken handmatig uitgevoerd, maar de resultaten waren er ook naar. Enkele jaren voor de tweede wereldoorlog werd echter een procédé ontwikkeld die heel wat betere resultaten opleverde: het gritstralen. Deze techniek bestaat erin om met speciale apparatuur gritdeeltjes onder druk op het oppervlak te spuiten. Het grit is heel puntig, waardoor het heel efficiënt oppervlakken van de verontreiniging kan ontdoen.

Echter ‘traditionele’ reinigingsmethoden roepen steeds meer gemengde gevoelens op. Bij chemische methodes vermengt het reinigingsmiddel zich met het verwijderde vuil, en bij korrelstralen vermengt het straalmiddel (grit, zand, glasparels) zich eveneens met de afvalstoffen. Dat kan problemen opleveren bij het reinigen van vooral niet gedemonteerde machines of onderdelen. Een ander nadeel ligt ook in de milieuonvriendelijkheid. Het gebruikte grit kan immers niet of moeilijk van de verontreinigende elementen gescheiden worden. Bovendien is een hergebruik van de grondstof nagenoeg onmogelijk. Komt daarbij dat de milieuwetgeving steeds strenger wordt, en het vernietigen van deze restproducten of het hergebruiken van het vervuilde grit is voor de gebruiker een dure aangelegenheid geworden. Daarom is het ook evident dat er uitgekeken werd naar alternatieven.

Een schoon alternatief

Reiniging vergt dikwijls een significant deel van de beschikbare productietijd. Stilstand kan, afhankelijk van het productieproces worden beperkt door een reinigingsstap in het productieproces te integreren, Droogijsstralen is één van die disciplines. Droogijsstralen is vergelijkbaar met de reeds genoemde technieken zoals zand- of glasparelstralen, zij het minder agressief omdat in plaats van zand of glaskorrels gebruik wordt gemaakt van pellets bevroren CO2 op ongeveer – 78°C (geïsoleerde veiligheidskleding en handschoenen zijn dus onontbeerlijk). Deze CO2 pellets worden gemengd met perslucht en hiermee wordt op het te reinigingen oppervlak ‘geschoten, Droogijsstralen heeft de voordelen van grit- of zandstralen, maar zonder de nadelen. Sterker nog, deze reinigingsmethode biedt een aantal extra voordelen die weinig of geen andere reinigingstechniek heeft. Ter verduidelijking, bij klassieke hogedruk reinigingsmethoden wordt momenteel meestal water gebruikt, hetgeen een enorme hoeveelheid afvalresidu oplevert. Bij droogijsstralen gebeurt het reiniging met vaste, bevroren koolzuurkorrels – de zogenaamde pellets – die zich na het stralen onmiddellijk omzetten in koolzuurgas. M.a.w. men straalt dus met de kracht van een klassiek straalmiddel, maar houdt geen straalmiddel over. In gesloten ruimtes moet wel voor de nodige afzuiging worden gezorgd, want anders wordt de CO2 concentratie te hoog.”

Een belangrijke trend is inderdaad het verminderen van waterge- en –verbruik. Water raakt in zijn functie van oplos- en transportmiddel vervuild met productrestanten en moet worden gereinigd volgens voorgeschreven weg en worden afgevoerd. Droogijsstralen kan als ‘droge techniek’ op deze trend inspelen. Om vast te stellen of reinigen met droogijs interessant kan zijn is het belangrijk om relevante aspecten van industriële reiniging en onderhoud te bezien. Dat zijn o.a.:

– kansen op contaminatie van het product met reinigingsmiddel

– emissie van het gebruikte reinigingsmiddel

– bestandheid van de productieapparatuur tegen het reinigingsmiddel

– Kosten van de reinigingsmethode en voor de verwerking van het gebruikte reinigingsmiddel.

Specifiek voor de voedingsindustrie spelen ook eigenschappen zoals hygiëne, HACCP, vermindering van afvalwater en producthergebruik een belangrijke rol.

Het principe

Het principe van droogijsstralen bestaat er dus in dat de droogijsdeeltjes met een grote snelheid tegen een oppervlak worden gestraald. Hierbij gaan ze – door gebruik te maken van de botsingsenergie – over in een gasfase, met als gevolg dat hun volume zo’n 600 à 700 maal vergroot. Nadat de koolzuurpellets de oppervlaktelaag hebben gepenetreerd, tilt hun ‘explosie’ deze laatste als het ware van de grondlaag op, terwijl de afkoeling van de verschillende materialen hun onthechting bevordert (debonding). De straalapparatuur bestaat uit een straalunit, een straalslang en een nozzlesysteem. “Droogijsstralen is ook heel milieu- en budgetvriendelijk. Daarnaast is het ook veilig en wordt er geen schadelijke stofontwikkeling gevormd. Onder atmosferische omstandigheden verdwijnt het straalmiddel vanzelf door sublimatie van de droogijspellets. Er zijn hierdoor geen kosten voor de afvoer en verwerking van het straalmiddel. Daarnaast zal een vermenging van straalmiddel met bijvoorbeeld het product van een proces¬lijn niet voorkomen, hetgeen duidelijke relevantie heeft in bijvoorbeeld de voedingsindustrie. CO2 is niet-toxisch en als substituut voor organische oplosmiddelen voorkomt het gebruik ervan problemen in relatie tot emissie en imissie. CO2 is een straalmiddel dat doorgaans ‘zachter’ is dan de vervuilde oppervlakken, waardoor het geen abrasieve werking vertoont. Dat wil zeggen, zij halen geen laagje van het te stralen materiaal af. Een belangrijk voordeel voor onderdelen die maatvast moeten blijven.”

Reinigen moet worden gezien als integraal onderdeel van de bedrijfsvoering. De kosten van de reinigingstechniek of juist de besparingen hierop laten zich dus niet eenvoudig vertalen vanuit de gebruikskosten van het reinigingsmiddel. Belangrijk is dat droogijsstralen productiestilstand kan beperken doordat reiniging tijdens de procesvoering plaats kan vinden. De economische meerwaarde van dit gegeven overtreft dikwijls de zuivere reinigingskosten.

Toepassingen

Vrijwel alle soorten verontreiniging laten zich met droogijsstralen verwijderen. Van lijm- en harslagen tot kleurstoffen, bakresten, droge verfresten, kauwgom, verbrandingsaanslag, bitumen, enz. De effectiviteit van droogijsstralen wordt door enkele samenhangende factoren bepaald: de straaldruk, de spuitmond, de eigenschappen van de te verwijderen vervuiling en de hardheid/dichtheid van de ondergrond. Een specialist ter zake moet dus de kennis in huis hebben om deze factoren bij elke toepassing van droogijsstralen optimaal op elkaar af te stemmen. Maar bij droogijsstralen gebeurt er meer. Zoals reeds aangehaald ontstaat door het enorme temperatuurverschil tussen de bevroren koolzuurpellets en het relatief warme oppervlak kleine ‘explosies’. Deze miljoenen micro-explosies, ‘explosieve sublimatie’ genoemd, slaan het reeds losgebeitelde vuil weg. Tegelijkertijd vindt ook nog een ander reinigend effect plaats: de ‘thermoshock’. Door de plotse, plaatselijke afkoeling ontstaan er grote krimpverschillen tussen de vervuiling en de ondergrond. Daardoor springt de vervuiling als het ware los van het oppervlak. Ook kan men er – als men de perslucht verlaagt naar 2 à 4 bar – de machine, met inbegrip van de elektrische sensoren, contactoren en leidingen mee reinigen (zonder de verf er af te spuiten). Droogijsstralen biedt dus meerdere reinigingsmethoden in één, namelijk: stralen, explosieve sublimatie en thermoshock. Droogijsstralen dient misschien (nog) niet te worden beschouwd als alternatief voor de ‘grove’ technieken waarbij straalmiddelen als zand, grit, glasparels e.a. gebruikt worden. Momenteel ligt de toepassing hoofdzakelijk in de reiniging van objecten zoals turbineschroeven, elektrische stators, machines in de voedingsindustrie, drukpersen, tankreiniging, pompen pijpleidingen, enz. Droogijstralen is echter nog in volle ontwikkeling, zodat nog niet alle toepassingen zijn gekend.”  Recente ontwikkelingen maken het mogelijk om o.a. ook electriciteitscabines of installaties te reingen met Co2.

Kenmerken

Naast de impact die vuil losslaat, komt het grootste reinigingseffect van het ‘koude-effect’: de verdamping van de CO2 pellets onttrekt zeer snel de warmte van het oppervlak van vuil en machine en o.a. de thermische schok en het verschil in uitzettingscoëfficiënt zorgt voor een verhoogd losrukken van het vuil van het werkstukoppervlak, waardoor de reinigingsefficiëntie en –snelheid verhoogt. Het feit ook dat droogijs bevroren CO2 is, maakt dat er geen reinigingsproduct overblijft en er onderaan de machine enkel het producteigen residu valt, dat gemakkelijk kan worden opgeborsteld.

“Diverse eigenschappen van vast CO2 maken droogijsstralen ook tot een interessante reinigingsmethode voor de voedingssector. Droogijs is immers productveilig omdat het koud, droog en bacteriostatisch is. In tegenstelling tot bijvoorbeeld waterreiniging (stoom, heet water) is droogijs geen kiem voor een besmettingshaard door micro-organismen. Bovendien neemt de bacteriegroei sterk af door de snelle afkoeling. Anders dan met andere technieken (bvb. organische oplosmiddelen) ontstaat geen vermenging van reinigingsmiddel en product. Het droogijs sublimeert namelijk volledig. Vanuit een HACCP gerichte productiewijze is de productveiligheid dus gegarandeerd. Uiteraard moet afgestraalde verontreiniging op de juiste wijze worden verzameld. De materie mag immers elders in een proceslijn of fabriek geen besmettingsbron vormen. Echter, belangrijker is dat een omvangrijke afvalstroom, bestaande uit reinigingsmiddelen en productrestanten, met alle bijbehorende kosten voor verwerking wordt voorkomen. Aangezien er geen vermenging van reinigingsmiddel en product optreedt, is ‘cleaning-in-place’ (CIP) mogelijk. Dit beperkt de productiestilstand en vormt een wezenlijk element in de selectie van een geschikte reinigingstechniek.”

Een mooie toekomst

De traditionele reinigingsmethoden, zoals gritstralen, verliezen dus steeds meer terrein in de industrie, dit ten voordele van enkele alternatieven. Tenslotte speelt niet alleen de milieuwetgeving een rol, maar hebben de strengere veiligheidsvoorschriften binnen bepaalde sectoren, zoals bijvoorbeeld de (petro)chemie, ervoor gezorgd dat bepaalde reinigingstechnieken niet meer overal kunnen worden toegepast. Tijdens sommige procédés kunnen immers kleine vonken ontstaan, en in explosiegevaarlijke omgevingen mogen sinds enkele jaren nog enkel maar explosievrije producten en technieken gebruikt worden. Deze sectoren eisen dus dat er nieuwe alternatieven, zoals droogijsstralen, op de markt komen

Toch zullen de ‘oudere’ technieken wellicht nooit totaal van de markt verdwijnen, aangezien ze nog steeds goede reinigingsresultaten bieden. Maar de industrie begint stilaan te aanvaarden en in te zien dat sommige ‘alternatieven’ even of zelfs meer efficiënt en veiliger zijn. Dat het droogijsstralen een mooie toekomst beschoren is, daar is iedereen van overtuigd!