Air comprimé exempt d'huile et exempt de germes – les causes, les problèmes et les solutions

Dans de nombreux sites de production, l'air comprimé entre en contact avec des installations de production, des produits ou des matériels d'emballage. Les contaminations par la présence d'huile résiduelle, de micro-organismes et de germes ont alors des conséquences sur la qualité du produit, la sécurité du consommateur et la réputation de la marque.

Stiftung Warentest : présence d'huiles minérales dans le chocolat, Foodwatch dénonce les risques des emballages alimentaires. Nous connaissons tous les signalements d'impuretés et les défauts de qualité du produit final comme celui-ci.  Nous connaissons aussi les conséquences : incertitude chez le client et dans le commerce, remous dans la presse et débats subjectifs, et surtout dommages considérables sur la réputation.

L'utilisation d'air comprimé dans les domaines avec un potentiel d'atteintes à la santé de l'homme par l'air comprimé pose des défis particuliers à la pureté de l'air comprimé. C'est pourquoi il a une importance particulièrement grande.

Comment les impuretés contenant de l'huile arrivent-elles dans l'air comprimé ?

Il existe différentes portes d'entrée pour les impuretés comme les particules, l'huile, les germes et l'humidité dans l'air comprimé. Souvent celles-ci sont déjà présentes dans l'air ambiant et elles pénètrent dans le système d'air comprimé, en étant véhiculées par l'air aspiré par le compresseur. L'origine des impuretés peut être par exemple la proximité d'une route à grande circulation ou d'un chantier. Le risque de pénétration de l'humidité dans le réseau d'air comprimé augmente avec l'humidité dans l'air ambiant.

Les impuretés présentent un double risque : d'une part elles peuvent affecter le fonctionnement de l'installation d'air comprimé et provoquer l'usure prématurée de composants de l'installation, d'autre part elles représentent un risque réel pour la qualité du produit final, et donc pour le consommateur.

ENVIRONNEMENT

Des risques supplémentaires existent selon l'environnement direct et les particularités spécifiques : en plus de la poussière et de l'humidité, de l'huile et des micro-organismes peuvent aussi pénétrer par l'air ambiant.


COMPRESSEUR

Les compresseurs lubrifiés à l'huile, mais aussi les compresseurs non lubrifiés (air aspiré !) peuvent être une source de vapeurs d'huile résiduelles dans le réseau d'air comprimé.


ROBINETTERIE

Vannes, raccords et robinetteries. De nombreux composants dans le réseau d'air comprimé sont lubrifiés avec des graisses ou des silicones pour un meilleur fonctionnement. Celles-ci peuvent facilement atteindre l'air comprimé.


CONDUITE

Une fois la contamination en place, une menace permanente persiste : au fil du temps, des dépôts se forment dans les réseaux de conduites existants, qui peuvent influencer l'air comprimé en circulation.


Contaminations par l'huile

Les défauts de qualité, les dégâts sur les machines, les rebuts et les opérations de rappel de biens industriels provoqués par une pénétration d'huile retiennent moins l'attention du public que les problèmes cités ci-dessus. Mais ils génèrent de graves dommages financiers, en particulier dans les secteurs et applications suivants :

Produits pharmaceutiques et technique de laboratoire

Les mesures d'hygiène les plus strictes sont appliquées dans la fabrication des médicaments. Pour cette raison, il est important que la production ait lieu dans un environnement exempt de tout germe, toute particule, toute bactérie et toute huile contaminante. Outre les hôpitaux, l'air comprimé est également utilisé de plus en plus dans les laboratoires. Afin d'exclure le risque de croissance bactérienne dans ces environnements ultrasensibles, l'air comprimé doit être absolument sec et exempt de germes.

Industrie alimentaire et industrie de l'emballage

Ces impuretés doivent également être éliminées ou réduites ici. Cette opération est réalisée en vue de protéger le consommateur et de garantir une production sûre et efficace en matière de coûts. Lors de l'emballage et du remplissage de produits, l'état du produit final doit rester inchangé. Les boissons et denrées alimentaires en particulier doivent être traitées avec précaution et il ne doit y avoir aucune contamination (directe ou indirecte).

Contact direct : l'air comprimé entre en contact direct avec le produit ou le matériel d'emballage ou atteint les voies respiratoires, ou les endroits internes ou externes non protégés par la peau (par ex. en cas de blessures).

Contact indirect : l'air comprimé est rejeté dans l'air ambiant dans une application. L'air comprimé expansé atteint un objet seulement au-delà d'une distance correspondante et sous une forme diluée avec de l'air ambiant.

Les potentiels de dangers primaires sont :

  • Contamination du produit par de l'eau polluée (condensats)
  • Contamination du produit par de l'huile liquide (huile de compresseur)
  • Contamination du produit par des vapeurs d'huile ou des hydrocarbures quelconques sous forme gazeuse et donc par des agents aromatisants indésirables
  • Contamination du produit par des particules solides métalliques ou non métalliques indésirables du système d'air comprimé, par ex. la rouille, des particules de corrosion, d'abrasion, du produit d'étanchéité ainsi que d'autres dépôts qui se détachent
  • Contamination du produit par des micro-organismes indésirables

 

Peintures

Les particules, les aérosols et vapeurs d'huile, les substances contenant du silicone ainsi que les condensats sont les causes principales des défauts dans les ateliers de peinture. L'utilisation de l'air comprimé dans la technique de peinture pose des exigences à la pureté de l'air comprimé, qui dépassent d'ailleurs les classes définies par l'ISO 8573-1.

Les peintures et laques réagissent de manière extrêmement sensible à certaines impuretés contenues dans l'air comprimé. Les défauts apparaissant lors de l'application de peinture par pulvérisation, comme les cratères et bulles d'air en sont la conséquence, générant des travaux de retouche et donc des dépenses financières supplémentaires. L'air comprimé doit être compatible avec la peinture, autrement dit, il doit être exempt de substances qui affectent l'application de peinture par pulvérisation (ce sont entre autres : graphite, cire, savon métallique, paraffine, talc, téflon et abrasion de plastiques.

L'air comprimé compatible avec la peinture est nécessaire si l'air comprimé entre en contact direct ou indirect avec des peintures ou des laques encore humides ou des surfaces à peindre. Alors que le contact indirect peut être évité par les cabines, le contact direct est inévitable au niveau des buses de peinture.

L'air comprimé compatible avec la peinture doit donc toujours être

  • sec,
  • exempt d'impuretés liquides, d'huile et d'aérosols,
  • exempt de phases vapeur susceptibles de condenser,
  • épuré de façon à ce qu'il ne contienne plus que d'infimes quantités résiduelles de poussières et autres particules solides.

Les silicones craints dans la technique de peinture peuvent être contenus dans l'air comprimé dans différentes phases (solide, liquide, gazeuse) comme les graisses ou les huiles. Les impuretés contenant du silicone peuvent être éliminées par des filtres correspondants. Cependant, les liaisons silicone sous forme gazeuse et donc volatiles peuvent être éliminées exclusivement par une oxydation catalytique. Pour la production d'air comprimé compatible avec la peinture, l'utilisation d'au moins un convertisseur catalytique est donc impérativement nécessaire.

Industrie chimique

S'il entre en contact direct avec le produit lors du traitement des matières premières (poudre et granulés), l'air comprimé doit être absolument sec et exempt d'huile. C'est le seul moyen d'exclure les impuretés et la formation d'agglomérats. Pour garantir la sécurité du processus, une surveillance permanente ainsi qu'une documentation intégrale de la qualité de l'air comprimé sont indispensables.

Électronique

La production de puces électroniques doit avoir lieu dans des conditions de salle blanche, autrement dit, la qualité de l'air comprimé doit être adaptée à ces exigences.  Un autre domaine d'utilisation de l'air comprimé est l'application de la pâte à souder sur les circuits imprimés ainsi que le nettoyage des circuits imprimés, cartes et plaquettes. L'air comprimé utilisé doit ici être exempt de particules, d'huile et d'humidité.

Production d'air comprimé exempt d'huile

En principe il existe trois voies menant à l'air comprimé exempt d'huile. Des exigences spécifiques doivent être prises en compte lors de la planification. Cela commence par la question de savoir si l'air comprimé exempt d'huile doit être disponible de manière centralisée ou s'il est traité de manière décentralisée, étant donné que seule une partie du flux d'air comprimé doit répondre à des exigences particulièrement élevées.

1 - Traitement par catalyse

Un catalyseur permet de produire non seulement de l'air comprimé exempt d'huile mais aussi exempt de germes et de bactéries, de manière écologique. Cette méthode indépendante des conditions d'aspiration propose, contrairement à la méthode de filtration, une sécurité nettement plus élevée avec simultanément moins de maintenance. Ceci est la méthode la plus innovante et elle peut intégrée comme équipement supplémentaire derrière des compresseurs lubrifiés à l'huile.

L'air comprimé huileux est dirigé dans le convertisseur catalytique. Là les hydrocarbures contenus dans l'air comprimé sont décomposés, en une unique étape de processus, en dioxyde de carbone et en eau. L'énergie calorifique nécessaire à la décomposition chimique offre une possibilité de surveillance efficace. Si une pénétration d'huile se produit dans la conduite d'air comprimé située en amont du convertisseur, la température augmente fortement et une électrovanne ferme la sortie. Un transfert d'huile dans la conduite d'air comprimé située en aval est donc effectivement exclue. De même, un rejet d'huile à cause d'une température trop basse est exclu par la surveillance de température intégrée.

Le procédé permet d'obtenir un air comprimé exempt d'huile en permanence, avec une teneur maximale en huile résiduelle à peine mesurable de 0,001 milligramme par mètre cube d'air comprimé. La teneur en huile résiduelle dépasse les exigences des classes 0 à 1 selon ISO 8573-1. Les condensats générés lors du refroidissement de l'air comprimé sont eux aussi totalement exempts d'huile et peuvent être rejetés dans la canalisation sans aucun traitement préalable. Il faut tenir compte que si une installation est exploitée en continu, 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7, il est impératif de prévoir un bypass ou un système redondant.

Dans toutes les applications requérant un air comprimé exempt d'huile et de germes, notre catalyseur constitue la solution idéale. Il associe rentabilité et sécurité des processus et il est indépendant des conditions d'aspiration. Il peut être rajouté très simplement aux stations de production d'air comprimé déjà existantes. Utilisé essentiellement dans les applications avec des produits sensibles, comme les denrées alimentaires ou les produits pharmaceutiques, le BEKOKAT est synonyme de haute efficacité et d'une qualité d'air comprimé constante.

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2 - Traitement par adsorption

L'air comprimé qui est techniquement exempt d'huile, contient toujours encore des hydrocarbures ainsi que différentes substances odorantes et agents aromatisants, qui risqueraient de porter atteinte à la qualité et de générer des nuisances olfactives. Les flux d'air comprimé partiels, moins volumineux, peuvent être traités à l'aide de micro-filtres ou de filtres à charbon actif. Les volumes plus importants sont traités avec des colonnes de filtration à charbon actif. Un filtre ne sera en mesure d'éliminer que les gouttelettes d'huile contenues dans l'air comprimé ; par contre, une colonne de filtration à charbon actif assure également la rétention des vapeurs d'hydrocarbures. Toute colonne de filtration à charbon actif doit toujours être précédée en amont d'un filtre à hautes performances et d'un sécheur, pour assurer une pré-filtration.

Pour éliminer également l'huile résiduelle présente sous forme de vapeurs, on utilise du charbon actif. La purification de l'air comprimé par l'adsorption est un processus purement physique. Les molécules d'huile sont liées par les forces d'adhérence à la surface du charbon actif et l'air comprimé est purifié. Cette opération ne donne lieu à aucune liaison chimique. La qualité du charbon actif ne saute pas aux yeux, mais elle a une importance décisive, car le charbon actif fournit un travail difficile. Les différences ne sont perceptibles qu'à partir du moment où la durée d'utilisation ne correspond pas aux attentes. Pour cela, une surface interne aussi grande que possible et un système de pores très fins dans le charbon actif sont nécessaires pour que les substances nocives indésirables puissent se déposer.

L'air comprimé séché et filtré est acheminé à travers un diffuseur dans un lit de charbon actif en vrac. Ceci permet une longue durée de contact et une exploitation optimale de l'adsorbant. À un moment donné, le charbon actif est saturé et n'est plus en mesure d'assurer la purification. À partir de ce moment-là, la teneur en huile résiduelle augmente à nouveau dans l'air comprimé. Le charbon actif est donc un consommable qui ne peut être régénéré et qui doit être remplacé après environ 8 000 à 10 000 heures de service. Si les filtres sont entretenus régulièrement, seule une faible teneur en huile résiduelle restera toujours en suspension dans l'air comprimé ; celle-ci correspond aux exigences des classes d'air comprimé 1 et 2 selon ISO 8573-1.

Pour des raisons de sécurité, tout adsorbeur devrait être suivi en aval, d'un filtre à hautes performances permettant d'assurer une post-filtration, car l'air comprimé arrache au passage de très fines particules de poussières de charbon (inférieures à 1 µm) du lit de charbon actif et les entraîne. Si ces conditions sont remplies, la colonne de filtration à charbon actif CLEARPOINT V protège votre système de la contamination par l'huile et se distingue simultanément par une faible pression différentielle et de longues durées de vie.

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3 - Compresseurs non lubrifiés

Ceci est la voie directe pour éviter une contamination supplémentaire de l'air comprimé par l'huile au niveau du compresseur. L'air comprimé est produit par des compresseurs à vis ou à piston non lubrifiés, sans que l'air comprimé n'entre en contact avec des huiles liquides ou sous forme de vapeurs, parce que la chambre de compression n'est pas lubrifiée et les paires de vis tournent sans entrer en contact l'une avec l'autre. L'air comprimé produit de cette manière est désigné comme "techniquement exempt d'huile". Ceci est possible uniquement avec une parfaite étanchéité et la plus grande précision. Cela implique des coûts d'investissement importants et une pression de service limitée.

Un compresseur non lubrifié offre-t-il une sécurité totale ?
Il est vrai qu'aucune quantité d'huile n'atteint le réseau d'air comprimé avec un compresseur non lubrifié. Mais comme les impuretés (comme par ex. les gaz de combustion de la circulation routière ou des installations de chauffage, les aérosols d'huile et les micro-organismes) sont déjà contenues dans l'air aspiré et se trouvent après le compresseur sous forme concentrée, l'air comprimé doit être traité dans tous les cas. La teneur en huile est souvent supérieure ou égale à 0,01 mg par m³ (classe 2 et éventuellement encore pire).

Comparatif des types de compresseur
Type de compresseur Teneur en huile résiduelle à la sortie d'air comprimé Contamination du réseau par l'huile pour un débit de 1 000 m³/h
Compresseur à piston, lubrifié à l'huile 10 - 180 mg/m³ 240 - 4320 g
Compresseur à palettes, lubrifié à l'huile 1 - 180 mg/m³ 24 - 4320 g
Compresseur à vis, refroidi par injection d'huile 1 - 20 mg/m³ 24 - 480 g
Compresseur non lubrifié 0 - 3 mg/m³ 0 – 72 g
Température d'aspiration 20 °C, pression d'aspiration 1 bar (a), temps d'utilisation 24 h/j (source fiche de normalisation 15390-1: 2014-12) .

Sécurité maximale grâce à la surveillance de l'huile résiduelle

Les fabricants qui respectent les directives comme les Bonnes Pratiques de Fabrication sur les applications critiques d'air comprimé, et qui réalisent une analyse des risques et des dangers, créent des conditions préalables importantes pour une application d'air comprimé sécurisée. Celui qui surveille la qualité de l'air comprimé 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7 fait un pas supplémentaire. Les concepts d'assurance qualité comme les HACCP (Hazard Analysis and Critical Control Points) exigent une contrôlabilité maximale même de valeurs limites extrêmes de 0,001 mg/m³ de la teneur en vapeurs d'huile dans l'air comprimé. Le METPOINT OCV permet d'assurer une surveillance continue et en ligne.

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Un traitement intelligent de l'air comprimé exige une expertise

Dans la pratique, le thème de l'air comprimé est souvent un point critique pour le directeur de production et le responsable de la qualité. Car les exigences dans les directives ne sont pas toujours formulées clairement, ou bien les effets sur l'installation globale ne sont pas suffisamment décrits. Des connaissances détaillées sont nécessaires pour déterminer la classe de qualité d'air comprimé nécessaire et pour une conception adaptée, autrement dit, une conception fiable et à haute efficacité énergétique, du traitement de l'air comprimé.

Optimisation de l'installation et Audit Air Comprimé…