Gelo seco

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Antecedentes

Gelo seco é o nome dado ao dióxido de carbono quando está no estado sólido. O dióxido de carbono é encontrado na atmosfera terrestre; é um gás que os humanos exalam e as plantas usam para a fotossíntese. Este composto químico é incolor, inodoro, insípido e cerca de 1,5 vezes mais denso que o ar. O dióxido de carbono passa de gás a um sólido branco opaco enquanto está sob pressão e em baixas temperaturas, tornando-se sólido a -109 ° F (178,5 ° C). O gelo seco é fabricado principalmente em duas formas:um bloco de gelo seco que pesa mais de 50 lb (22,7 kg) ou em pequenos pedaços que variam em tamanho, desde o tamanho de um grão de arroz até um pellet maior. O gelo seco não derrete, em vez disso, ele sublima, o que significa que o sólido se transforma diretamente em um gás (ignorando o estado líquido) conforme a temperatura sobe e o sólido começa a se dissipar. Essa característica incomum resulta em um efeito de fumaça, e o gelo seco parece fumegar ao ser sublimado. Assim, o gelo seco é freqüentemente usado para simular neblina ou fumaça.

O gelo seco em si não é venenoso, mas a superfície do sólido é tão fria que não deve ser tocada sem luvas. Além disso, embora o gás seja estável e inerte, é mais pesado que o ar e pode se concentrar em áreas baixas ou espaços fechados. Quando a concentração de dióxido de carbono no ar ultrapassa 5%, o dióxido de carbono se torna tóxico. Portanto, qualquer área em que seja utilizado gelo seco deve ser bem ventilada.

É relativamente simples transformar o dióxido de carbono de um gás em um sólido. Muitos fabricantes de gelo seco existem nos Estados Unidos e o gelo seco é enviado para todas as partes do país para uma variedade de usos. É um refrigerante importante para manter os alimentos resfriados e prevenir o crescimento de bactérias durante o transporte. O gelo seco usado para resfriar ou congelar alimentos deve ser muito limpo e considerado "grau alimentício" para garantir que os alimentos que possa tocar não sejam contaminados. Como os sólidos sublimam em vez de derreter, grandes quantidades de gelo seco podem ser colocadas em contêineres de transporte sem ter que levar em conta o volume de água derretida que se acumula quando o gelo é usado como refrigerante. Os usos relacionados a alimentos são extensos e incluem o congelamento rápido de alimentos para uso futuro em fábricas de processamento de alimentos, retardando o crescimento de levedura ativa em padarias e mantendo os alimentos resfriados para servir no setor de aviação civil.

Outros usos incluem:desaceleração do crescimento de botões de flores em viveiros para manter as plantas frescas para os consumidores, congelamento instantâneo na indústria da borracha durante a fabricação, absorção de vazamentos de refrigeração de amônia e criação de fumaça para produções teatrais. A aplicação recente mais significativa de gelo seco é o jateamento (ou limpeza) de gelo seco, no qual pelotas de gelo seco são arremessadas em uma superfície para ser limpa em alta velocidade. As pelotas retiram os contaminantes da superfície, sublimam na atmosfera e não deixam para trás gases tóxicos. O único resíduo é a sujeira ou tinta deixada para descarte.

História

O gelo seco não foi inventado; em vez disso, as propriedades do dióxido de carbono sólido foram descobertas no início do século XX. Foi produzido comercialmente pela primeira vez na década de 1920 nos Estados Unidos. Uma empresa comercial registrou o nome gelo seco em 1925 e desde então o dióxido de carbono sólido passou a ser conhecido como gelo seco. Até bem recentemente, o gelo seco era frequentemente referido como gelo quente, uma referência ao fato de que, ao tocar a superfície fria, a mão parecia queimada.

Parece que a Prest-Air Devices Company de Long Island, Nova York, produziu gelo seco pela primeira vez em 1925. Também naquele ano, a Schrafft's da cidade de Nova York usou o produto pela primeira vez para evitar que seu famoso sorvete derretesse dentro de sua sala. O gelo seco era muito mais amplamente usado para refrigeração e congelamento de alimentos em meados do século XX do que é hoje. Praticamente todas as sorveterias do mundo usavam gelo seco para manter o sorvete congelado até bem depois da Segunda Guerra Mundial, quando a refrigeração elétrica se tornou acessível e eficiente. A fabricação de gelo seco não mudou significativamente em muitas décadas e é um processo relativamente simples de pressurizar e resfriar o dióxido de carbono gasoso. O uso do gelo seco diminuiu um pouco com o advento de uma melhor refrigeração elétrica. Alguns desenvolvimentos recentes para seu uso incluem o uso de pellets em jateamento ou limpeza e seu uso crescente no transporte de espécimes médicos, incluindo corações, membros e tecidos, para recolocação e transplante.

Matérias-primas

A única matéria-prima utilizada na fabricação do gelo seco é o dióxido de carbono. Essa matéria-prima é o subproduto do refinamento de gases emitidos durante a fabricação ou refinamento de outros produtos. A maior parte do dióxido de carbono usado na fabricação de gelo seco nos Estados Unidos é derivado do refinamento dos gases emitidos durante o refinamento do petróleo e da amônia. O dióxido de carbono emitido durante esses processos é sugado e "esfregado" para remover as impurezas do dióxido de carbono de grau alimentício que eventualmente se transformam em gelo seco.

O processo de fabricação

1. O dióxido de carbono é liquefeito por compressão e resfriamento, liquefazendo a uma pressão de aproximadamente 870 lb / em ² (395 kg / cm ² ) à temperatura ambiente. O dióxido de carbono líquido é bombeado, via tubulação, para enormes tanques de retenção para que os fabricantes de gelo seco possam remover o líquido necessário.
2. O dióxido de carbono líquido é transportado em grandes quantidades, às vezes pesando muitas toneladas. Assim, a maioria dos fabricantes de gelo seco opta por localizar suas fábricas perto das refinarias de petróleo ou amônia para manter os custos de transporte acessíveis. O dióxido de carbono líquido refrigerado e pressurizado é canalizado diretamente para um tanque pressurizado ou vagão de propriedade do fabricante de gelo seco e vai para a planta.
3. O porta-malas do tanque chega à fábrica e despeja o dióxido de carbono líquido em enormes tanques nas instalações. Esses tanques retêm o líquido sob pressão, mantendo-o refrigerado para que permaneça no estado líquido. Esses tanques estão situados adjacentes à parede da fábrica e, por meio de tubulação, o líquido é levado diretamente para dentro quando necessário para a fabricação.
4. O dióxido de carbono líquido é liberado, novamente via tubulação, dos tanques adjacentes através da parede da fábrica e para a prensa de gelo seco. Quando o líquido se move de um ambiente altamente pressurizado para a pressão atmosférica, ele se expande e evapora em altas velocidades, fazendo com que o líquido resfrie até seu ponto de congelamento, que é −109 ° F (−78,3 ° C). Um bico coloca o líquido no bloco superior de uma prensa de gelo seco, que tem aproximadamente 4,9 m de altura. Esta prensa inclui um grande bloco na parte superior que pode exercer extrema pressão sobre o produto que é trazido para ela. Quando o dióxido de carbono líquido atinge o bloco da prensa de gelo seco, ele se solidifica imediatamente, pois agora está em temperatura ambiente. O dióxido de carbono agora se assemelha à neve.
5. Essa neve, agora na parte superior da prensa, deve ser comprimida em um bloco de gelo seco. Assim, essa parte superior da prensa sobe e desce com uma pressão extraordinária (cerca de 60 toneladas), transformando a neve em um bloco sólido de gelo seco. Este é um processo de aproximadamente cinco minutos. Quando o bloco é sólido, geralmente tem cerca de 2 pés (61 cm) de largura e 10 pol (25 cm) de altura, pesando cerca de 220 lb (100 kg).
6. Este bloco de gelo seco branco opaco é empurrado para fora da prensa e sobre um rolo. Uma serra pneumática corta o bloco ao meio e os blocos são empurrados para outra serra que corta os blocos menores novamente. Assim, o bloco único feito na prensa de gelo seco está agora em quatro peças, cada uma pesando cerca de 55 lb (25 kg).
7. Os blocos menores são colocados em recipientes que os mantêm frios para que a sublimação seja reduzida ao mínimo. Se enviados como peças não embaladas, eles devem ser bem embalados em um contêiner, A formação de gelo seco é uma série de reações químicas. geralmente incluindo quatro blocos, com muito pouco ar permitido no interior para reduzir a sublimação. Se um bloco for removido durante o transporte, os outros blocos começarão a se dissipar rapidamente. Muitos fabricantes de gelo seco embrulham os blocos em papel usando máquinas (é aconselhável não tocar na superfície muito fria) e enviam para distribuidores ou atacadistas.

Controle de qualidade

As questões de controle de qualidade giram principalmente em torno do grau de dióxido de carbono usado na fabricação de gelo seco de grau alimentício. Recentemente, o governo federal estabeleceu padrões bastante rígidos para a pureza do dióxido de carbono usado na fabricação de gelo seco, fazendo com que os fabricantes certificassem e testassem o dióxido de carbono líquido usado, bem como a pureza do produto manufaturado.

Outras questões de controle de qualidade incluem garantir que os tanques e equipamentos estejam funcionando com precisão. Se a pressão não for mantida adequadamente, o produto não pode ser produzido. A movimentação rápida e eficiente do produto do corte para o armazenamento é muito importante, pois o gelo seco sublima rapidamente à temperatura ambiente, reduzindo o peso e o preço do produto vendável. O transporte deve embalar os blocos densamente para reduzir a sublimação em trânsito também.

Subprodutos / resíduos

Nenhum produto químico significativo é criado na produção de gelo seco. Como o produto é feito apenas de dióxido de carbono, quando o produto sublima os gases são lançados na atmosfera. O único desperdício detectável é a sublimação do produto em blocos, que é reduzido ao mínimo.

O Futuro

Embora o uso de gelo seco na refrigeração e armazenamento de alimentos possa estar diminuindo, seu uso em outras áreas é promissor. Como mencionado acima, limpadores domésticos e operadores de máquinas estão interessados ​​nas pequenas pelotas de gelo seco por sua capacidade de bombardear uma casa ou máquina em alta pressão, remover sujeira ou outros contaminantes e, em seguida, dissipar na atmosfera. Recentemente, uma companhia telefônica usou pellets de gelo seco para limpar com segurança equipamentos de teste eletrônicos sensíveis, sem o uso de solventes perigosos. Oficinas de reparação de carrocerias descobriram que a aplicação de gelo seco em marcas no corpo pode às vezes eliminar a desfiguração. Além disso, testes em blocos de gelo seco recomendam jogá-lo em buracos de esquilo para erradicar as pragas ou colocá-lo no quintal para atrair mosquitos e mantê-los longe dos humanos.

Onde aprender mais

Livros

Russell, Allan S. McGraw-Hill Encyclopedia of Science &Technology. Vol. 5. Nova York:1997.

Livro de respostas da Handy Science. Segunda edição Detroit:1997.

Outro

"Gelo seco." Página da Web About.com. Agosto de 2001. .

Página inicial de dryicelnfo.com. Julho de 2001. .

Entrevista com Chuck Hines. Proprietário da Arctic Dry Ice Company. Baltimore. 31 de julho de 2001.

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