Limpieza de tubos y tuberías de adentro hacia afuera

Independientemente de cómo se convierta el metal en bruto en un tubo o tubería, el proceso de producción puede dejar bastante material residual en la superficie. El conformado y la soldadura en un molino, el estirado en un banco de estirado o el uso de un molino peregrino o una prensa de extrusión, seguido de un proceso de corte a la medida, pueden dejar la superficie de un tubo o tubería sucia con lubricante y posiblemente llena de escombros. Los contaminantes comunes que deben eliminarse de las superficies internas y externas incluyen lubricantes de dibujo y corte, tanto a base de aceite como de agua; virutas de metal de operaciones de corte; y comprar polvo y escombros.

Los métodos típicos de limpieza interna de tubos y tuberías, ya sean acuosos o solventes, son los mismos que se usan para limpiar superficies externas. Estos incluyen lavado, hisopado y cavitación ultrasónica. Todos estos métodos son efectivos y se han utilizado durante décadas.

Por supuesto, cada proceso tiene limitaciones y estos métodos de limpieza no son una excepción a esta regla. El lavado a menudo requiere un colector manual y pierde su eficacia a medida que la velocidad del líquido de lavado disminuye cuando el fluido se acerca a la superficie del tubo, que es el efecto de la capa límite (verFigura 1 ). El hisopado puede funcionar bien, pero requiere mucha mano de obra y no es práctico en diámetros muy pequeños, como productos para aplicaciones médicas (tubos hipodérmicos o de lumen). La energía ultrasónica es eficaz para limpiar superficies exteriores, pero no penetra en las superficies sólidas y tiene dificultad para llegar a las áreas internas del tubo, especialmente cuando el producto está empaquetado. Otro inconveniente es que la energía ultrasónica puede causar daños en la superficie. Las burbujas sónicas se limpian por cavitación, liberando grandes cantidades de energía cerca de la superficie.

Una alternativa a estos procesos, la nucleación cíclica al vacío (VCN), hace que las burbujas crezcan y colapsen para mover el fluido. Fundamentalmente diferente del proceso ultrasónico, no corre el riesgo de dañar la superficie del metal.

VCN utiliza burbujas de vapor para agitar y purgar el fluido del interior de los tubos y tuberías. Es un proceso de inmersión, opera al vacío y puede usarse con fluidos acuosos y solventes.

Funciona con el mismo principio que hace que se formen burbujas de vapor cuando el agua en una olla comienza a hervir. Las primeras burbujas se forman en lugares específicos, especialmente en sartenes muy usadas. Una mirada cercana a estos lugares generalmente revela que estas áreas tienen puntos ásperos u otros defectos en la superficie. Es en estas áreas donde la superficie de la bandeja tiene más contacto con un volumen de fluido dado. Además, debido a que estas áreas están protegidas del enfriamiento por convección natural, las burbujas se forman fácilmente.

En la transferencia de calor por ebullición, el calor se transfiere al fluido para aumentar su temperatura hasta el punto de ebullición. Cuando alcanza el punto de ebullición, la temperatura deja de subir; agregar más calor hace que se forme vapor, inicialmente como burbujas de vapor. Cuando se agrega calor rápidamente, todo el fluido en la superficie se convierte en vapor, lo que se conoce como ebullición de película.

Esto es lo que sucede cada vez que se pone a hervir una olla de agua; las burbujas se forman inicialmente en puntos específicos de la superficie de la sartén y, más tarde, cuando el agua se agita y se agita, el agua se evapora rápidamente de la superficie. Cerca de la superficie, es vapor, que es invisible; a medida que el vapor se enfría a través de su contacto con el aire circundante, se condensa en vapor de agua, que es fácil de ver a medida que se forma sobre la olla.

Todo el mundo sabe que esto sucede a 212 grados F (100 grados C), pero esto no está completo. Ocurre a esta temperatura a la presión atmosférica estándar, que es de 14,7 libras por pulgada cuadrada (PSI [1 bar]). En otras palabras, en un día cuando la presión del aire es de 14,7 PSI al nivel del mar, el agua hierve a 212 grados F al nivel del mar; el mismo día en esa región, en un lugar montañoso a 5000 pies sobre el nivel del mar, la presión atmosférica sería de 12,2 PSI y el agua herviría a 203 grados F.

En otras palabras, puede reducir el punto de ebullición al reducir la presión atmosférica.

Sistemas de procesamiento al vacío

En lugar de elevar la temperatura del fluido hasta el punto de ebullición, el proceso VCN reduce la presión de la cámara hasta el punto de ebullición del líquido a temperatura ambiente. Al igual que en la transferencia de calor por ebullición, una vez que la presión alcanza el punto de ebullición, la temperatura y la presión permanecen constantes. Esta presión se conoce como presión de vapor. Cuando las superficies internas del tubo o tubería se han llenado de vapor, las superficies externas complementan el vapor requerido para mantener la cámara a la presión de vapor.

Aunque la transferencia de calor por ebullición ilustra los principios de VCN, el proceso de VCN funciona a la inversa de la ebullición.

Un proceso de limpieza selectiva. La nucleación de burbujas es un proceso selectivo que se dirige a áreas específicas para la limpieza. Eliminar todo el aire reduce la presión atmosférica a 0 PSI, que es la presión de vapor, lo que hace que se forme vapor en las superficies. Las burbujas de vapor en crecimiento fuerzan el fluido desde la superficie del tubo o tubería. Cuando cesa el vacío, la cámara vuelve a la presión atmosférica y se purga; fluido fresco vuelve a llenar el tubo para el próximo ciclo de vacío. El ciclo de vacío/presión generalmente se configura de 1 a 3 segundos y se puede configurar en cualquier número de ciclos, adaptándose al tamaño de la pieza y al contaminante.

La ventaja de este proceso es que limpia la superficie del tubo comenzando en el sitio contaminado. A medida que crece el vapor, el fluido es empujado a lo largo de la superficie del tubo y se acelera, produciendo una intensa agitación en la pared del tubo. La mayor agitación está cerca de la pared donde crece el vapor. En esencia, el proceso rompe la capa límite de manera que el fluido adyacente a la superficie permanece con un alto potencial químico.Figura 2muestra dos etapas del proceso usando un surfactante en una solución acuosa al 0,1 por ciento.

Para formar vapor, las burbujas deben formarse sobre una superficie sólida. Esto significa que el proceso de limpieza funciona desde la superficie hasta el fluido. Igual de importante, la nucleación de burbujas comienza con burbujas microscópicas que se unen en la superficie para finalmente formar una burbuja estable. La nucleación, por lo tanto, prefiere áreas con un alto volumen de superficie a líquido, como los diámetros internos de tubos y tuberías.

El vapor se forma más fácilmente dentro del tubo debido a la curvatura cóncava del tubo. Debido a que las burbujas se forman fácilmente en el ID, el vapor se forma allí primero y lo suficientemente rápido como para evacuar normalmente del 70 al 80 por ciento del líquido. El fluido cerca de la superficie en el pico de la etapa de vacío es casi 100 por ciento vapor, lo que simula una película de ebullición en la transferencia de calor en ebullición.

El proceso de nucleación funciona bien en productos rectos, doblados o enrollados en prácticamente cualquier longitud o configuración.

Encontrar ahorros ocultos. Los sistemas acuosos que utilizan VCN pueden proporcionar importantes ahorros de costos. Debido a que el proceso mantiene concentraciones químicas más altas debido a la mayor agitación cerca de la superficie del tubo (ver Figura 1), no requiere altas concentraciones de químicos para promover la difusión química. El manejo y la limpieza más rápidos que se logran también dan como resultado mayores rendimientos para una máquina determinada, lo que aumenta el valor del equipo.

Finalmente, el proceso VCN, ya sea a base de agua o de solvente, mejora la productividad al brindar secado al vacío. Esto no requiere equipo adicional; es simplemente parte del proceso.

Debido al diseño cerrado de la cámara y la flexibilidad de la temperatura, un sistema VCN se puede configurar de muchas maneras.

El proceso de nucleación cíclica al vacío se utiliza para limpiar componentes tubulares en tamaños y aplicaciones tan diversos como productos médicos de pequeño diámetro (izquierda) y guías de ondas de gran diámetro utilizadas para la transmisión de señales de radio (derecha).

Para sistemas solventes, además de VCN, se pueden usar otras técnicas de limpieza como vapor y rociado. En algunas aplicaciones únicas, se puede agregar un sistema ultrasónico para aumentar la VCN. Cuando se utilizan solventes, el proceso VCN está respaldado por el proceso de vacío a vacío (o sin aire) patentado por primera vez en 1991. El proceso limita las emisiones y el uso de solventes al 97 por ciento o más. El proceso es reconocido tanto por la Agencia de Protección Ambiental como por el Distrito de Gestión de la Calidad del Aire de la Costa Sur de California por su eficacia para limitar la exposición y el uso.

Los sistemas de solventes que usan VCN son rentables porque cada sistema es capaz de destilar al vacío, lo que maximiza la recuperación de solventes. Esto reduce las compras de solventes y la eliminación de desechos. El proceso en sí extiende la vida útil del solvente; la velocidad de descomposición del disolvente disminuye a medida que disminuye la temperatura de funcionamiento.

Si se desea, estos sistemas son adaptables a tratamientos adicionales como pasivación con soluciones ácidas o esterilización con peróxido de hidrógeno u otros químicos. La actividad superficial del proceso VCN hace que estos tratamientos sean rápidos y rentables, y se pueden combinar en un solo diseño de equipo.

Hasta la fecha, las unidades de VCN en el campo han tratado tubos tan pequeños como de 0,25 milímetros de diámetro y tubos con una relación de diámetro a espesor de pared superior a 1000 a 1. En estudios de laboratorio, VCN ha sido eficaz en la eliminación visual de contaminantes internos. en tubos enrollados de 1 metro de largo y 0,08 mm de diámetro; en aplicaciones reales, puede limpiar agujeros de hasta 0,15 mm de diámetro.

La información sobre el consumo de productos químicos está disponible a pedido.

Donald Gray, Ph.D., es presidente y JP Schuttert supervisa las ventas de Vacuum Processing Systems, PO Box 822, East Greenwich, RI 02818, 401-397-8578, [email protected].