Neteja per projecció de gel sec (dry ice blasting)

En els darrers temps, la neteja per projecció de gel sec (anhídrid carbònic sòlid) ha aparegut com un possible sistema de tractament de superfícies de pedra o materials similars, amb l’eteri suport comercial que aquest és el sistema que s’ha utilitzat en tal o qual monument estranger (cal imaginar que apellant al papanatisme local). A casa tenim poca confiança en els miracles i en els productes o sistemes miraculosos, de forma que hem fet tres coses: a) prospectar que es fa arreu; b) provar el sistema; i c) pensar.

La projecció de gel sec com a sistema de neteja (dry ice blasting) s’utilitza des de fa molt temps per a la neteja del casc dels vaixells i maquinària, sobre tot pesant. També s’ha usat per a la neteja de diversos elements metàl·lics (per exemple l’estàtua de la Llibertat, a Nova York). El sistema funciona molt be perquè es tracta de materials (metalls) d’elevada cohesió (no confondre amb duresa), en els que es vol eliminar una capa de brutícia (algues i crustacis adherits als vaixells, greix que embruta les màquines...), sempre de naturalesa i comportament tèrmic molt diferent dels materials que es vol netejar.

El sistema consisteix en projectar partícules d’anhídrid carbònic sòlid (per tant, a menys de -80ºC), les quals provoquen un doble efecte: a) l’impacte mecànic sobre la capa que es vol netejar, i b) el refredament sobtat d’aquesta. En aquestes condicions el greix o les algues es congelen i es desprenen molt be del substrat metàl·lic, que queda net. I el procediment no deixa residus sòlids perquè el CO2 passa a l’atmosfera en forma de gas (que no s’amoïnin els ecologistes, el CO2 s’extreu de l’aire i torna al mateix lloc, el balanç en termes de contaminació de CO2 és zero, si be caldria adoptar precaucions especials en  ambients tancats). Si aquest sistema s’aplica sobre pedra, ceràmica, morters o altres materials de construcció, els efectes són els mateixos: l’impacte dels pellets que es projecten i el refredament de la superfície tractada. 

Analitzem que passa en els materials petris. 

Els pellets més petits que hi ha al mercat són d’uns 3 mm, de forma que la seva projecció implica l’impacte de partícules de mides respectables, i tenint en compte que els efectes estan directament relacionats amb la quantitat de moviment (m·v2, on m és la massa i v la velocitat de les partícules en el moment del impacte), la cosa no és gens despreciable. A més, com que la succió dels pellets es fa per efecte Venturi (succió d’un corrent d’aire que passa per un tub perpendicular al de succió), la massa dels pellets fa que una pressió a la pistola de sortida de menys de 3 atmosferes, no sigui efectiva. De forma que la velocitat de sortida dels pellets resulta relativament important. No resulta fàcil calcular la quantitat de moviment en el moment del impacte perquè de ben segur que en el recorregut des de la pistola a la superfície tractada, els pellets deuen disminuir de mida a causa de la vaporització, la qual cosa jugaria un efecte positiu pel que fa a limitar l’efecte del impacte.

D’altra banda, la temperatura de les partícules es manté per sota de -80ºC (altrament ja no serien sòlides), de forma que al impactar amb la superfície, aquesta baixa de temperatura sobtadament, assolint (al menys) entre -20 i -40ºC. En aquestes condicions ambientals la part exterior del objecte a tractar contrau respecte del interior (que es manté a temperatura ambient): això sol donar lloc a la formació de fissures paral·leles a la superfície si el material és homogeni. Si és heterogeni (format per grans o amb presència d’inclusions de mides significatives), aquests contrauen de forma diferencial respecte de la matriu que els envolta. En un i altre cas, el resultat és el despreniment de partícules, fragments o laminetes. Cal no oblidar que estem causant un salt tèrmic (negatiu) de més de 50ºC.

Aquest efecte tèrmic s’agreuja dramàticament en dos casos que són freqüents en els materials petris històrics. Moltes pedres (especialment aquelles que contenen argiles) desenvolupen un sistema de fissures paral·leles a la superfície –un dia en parlarem en un post específic-: si es refreda sobtadament la superfície fins a certa profunditat, el despreniment de laminetes (escates) és important perquè les fissures creen salts tèrmics, atès que l’aire que les omple és molt mal conductor de la calor (i el fred). D’altra banda, moltes pedres contenen calcita (marbres, calcàries, molts gresos...), i resulta que la calcita té un comportament tèrmic molt estrany: en una direcció expandeix i en altre contrau: en els marbres això sol donar lloc al despreniment dels grans superficials, efecte que en italià en coneix com a “marmo cotto”, i si es refreda sobtadament, l’efecte de dilatació/contracció diferencial porta al despreniment immediat de grans que formen el marbre.

Aquests efectes no passen en els metalls perquè, si be tenen coeficients de dilatació tèrmica molt més alts que una pedra, la seva estructura cristal·lina permet el desplaçament d’uns àtoms respecte altres sense trencar els enllaços químics (és el procés que dóna lloc a la mal·leabilitat dels metalls): per tant, si es refreda (sobtadament o no) la superfície, l’estructura dels àtoms permet la dilatació diferencial sense destruir els mecanismes de cohesió entre ells. I a més, no solen tenir fissures (i si en tenen –el cas del ferro laminat en calent oxidat-, el procediment de neteja no és aplicable).

Per tant, caldria anar amb molta precaució abans d’aplicar aquest tipus de projecció i avaluar amb molt de compte quin és el substrat que es vol netejar i com a consideració prudent, no usar-lo per a qualsevol material.

Assaigs sobre un bloc de fàbrica de totxo amb una doble capa de pintura
Cal agrair a la direcció facultativa de la restauració del interior del pavelló d'Administració del Hospital de la santa Creu i sant Pau l'interès i facilitats per aquests assaigs, així com a les empreses Constructora de Calaf i Emcofa la logística i l'extracció i transport del fragment experimentat, i de manera especial, a MPA (Matèries primes abrasives) les facilitats per a la realització de la prova en les seves instal·lacions i amb els seus equips.

Efecte de la neteja: una capa de pintura ha estat eliminada completament (ja estava paercialment despresa), l'altre no s'elimina completament i no obstant, s'altera la superfícia de la peça ceràmica

El refredament causa el despreniment de material sobre inclusions de la ceràmica