Aria compressa oil-free e sterile: problemi e soluzioni

In tanti stabilimenti industriali, l’aria compressa entra direttamente o indirettamente a contatto con impianti di produzione, prodotti oppure materiali di imballaggio. Le contaminazioni dovute al tenore residuo dell’olio, a microorganismi e ai germi hanno enormi conseguenze sulla qualità dei prodotti, sulla sicurezza dei consumatori e sulla fama del marchio.

Stiftung Warentest: oli minerali nel cioccolato, Foodwatch denuncia i pericoli delle confezioni di alimenti. Conosciamo tutti messaggi simili sulle contaminazioni o sulla scarsa qualità dei prodotti finali.  Inoltre, ne conosciamo bene anche le conseguenze: incertezza di clienti e mercato, clamore causato dalla stampa e discussioni non oggettive; per finire, enormi danni alla reputazione.

L’utilizzo di aria compressa in settori che possono potenzialmente danneggiare la salute delle persone pone requisiti particolarmente elevati sulla purezza dell’aria compressa. Ecco perché, essa ricopre un valore assolutamente alto.

In che modo l'aria compressa viene contaminata?

Sono molte e diverse le vie di accesso dei contaminanti come particelle di impurità, olio, germi e umidità nell’aria compressa. Spesso sono già presenti nell'aria ambiente ed entrano nel sistema d’aria compressa attraverso l'aria di aspirazione del compressore. La causa della contaminazione può essere, ad esempio, una strada a traffico elevato o un cantiere nelle vicinanze dello stabilimento. Il rischio di penetrazione di umidità nell'impianto d’aria compressa aumenta se l'aria ambiente è umida.

I contaminanti nascondono un doppio pericolo: da una parte, possono pregiudicare il funzionamento dell’impianto d’aria compressa e causare un’usura anticipata dei componenti; dall’altra, rappresentano un reale rischio per la qualità del prodotto finale e quindi per i consumatori.

AMBIENTE

A seconda di ambiente circostante e condizioni individuali, sussistono i seguenti ulteriori pericoli: oltre a polvere e umidità, tramite l’aria ambiente nel sistema ad aria compressa possono giungere anche olio e microorganismi.


COMPRESSORE

Sia i compressori lubrificati a olio che quelli oil-free, a causa dell'aria di aspirazione contaminata, possono essere fonte di vapori d’olio residuo nel sistema d'aria compressa.


VALVOLE E GUARNIZIONI

Valvole, guarnizioni e rubinetterie. Molti componenti del sistema ad aria compressa vengono lubrificati con grassi e siliconi per un migliore funzionamento. Dunque, questi possono giungere facilmente nell'aria compressa.


TUBAZIONI

Una volta contaminata, sussiste un rischio costante: nel corso degli anni, nei sistemi di tubazioni esistenti si formano dei depositi, che possono influire sull’aria compressa che li attraversa.


Rischi derivanti dall’ingresso di olio

Qualità carente dei prodotti, problemi ai macchinari, scarti, rilavorazioni e richiami di merci dal mercato dovuti a contaminazioni da olio generano elevati danni economici, in particolare nei settori e nelle applicazioni seguenti:

Farmaceutica e laboratori

Nell’ambito della produzione di medicinali, vigono i più rigidi parametri igienici. Pertanto, è importante che il processo produttivo avvenga in un ambiente asettico, senza particelle né batteri e oli contaminanti. Oltre che negli ospedali, l'aria compressa viene sempre più utilizzata nei laboratori. Per eliminare il pericolo di crescita batterica in questi ambienti altamente sensibili, l'aria compressa deve essere completamente asettica e asciutta.

Industria alimentare e del packaging

Anche in questo caso, i rischi vanno eliminati o ridotti, in modo da proteggere il consumatore e garantire una produzione sicura ed efficiente. Durante l'imballaggio o il riempimento dei contenitori, le condizioni del prodotto finale devono rimanere invariate. In particolare, le bevande e gli alimenti devono essere trattati accuratamente, in modo da evitare qualunque contaminazione (diretta o indiretta).

Contatto diretto: l’aria compressa entra direttamente in contatto con il prodotto o il materiale di imballaggio, oppure giunge nelle vie respiratorie ovvero in parti interne o esterne non protette dalla pelle (ad es. in caso di ferite).

Contatto indiretto: l’aria compressa viene emessa nell’aria ambiente durante un’applicazione. L’aria compressa espansa e miscelata con l’aria ambiente raggiunge il prodotto o la confezione in forma “meno concentrata”.

Le principali fonti di contaminazione del prodotto sono causate da:

  • acqua sporca (condensa)
  • olio liquido (lubrificanti del compressore)
  • vapore d'olio, ovvero idrocarburi gassosi generici, che apportano aromi indesiderati
  • particelle solide, metalliche e non, provenienti dal sistema d’aria compressa (ad esempio ruggine, particelle da corrosione e abrasione, materiali per isolamento ed altri residui)
  • microorganismi, germi e batteri

 

Verniciatura

Le particelle, gli aerosol e i vapori d'olio, le sostanze contenenti silicone e la condensa sono le principali cause dei difetti nel reparto verniciatura. L’utilizzo di aria compressa in questo processo pone requisiti sulla purezza dell'aria compressa molto elevate, che talvolta superano persino le classi definite dalla norma ISO 8573-1.

Colori e vernici reagiscono in modo estremamente sensibile a determinati inquinanti nell'aria compressa. Ne conseguono problemi nella bagnatura della vernice, sotto forma di piccoli fori o bolle, che renderanno necessarie rilavorazioni con maggiori costi. L’aria compressa deve essere compatibile con la vernice, ossia priva di sostanze che interferiscano con la bagnatura (tra cui: grafite, cere, saponi metallici, paraffina, talco, teflon e abrasione di materiali sintetici).

Aria compressa compatibile è necessaria se entra direttamente o indirettamente in contatto con colori o lacche ancora umide, oppure con le superfici da verniciare. Mentre il contatto indiretto può essere impedito mediante l’utilizzo di cabine, quello diretto tramite gli ugelli di verniciatura è inevitabile.

Quindi, per essere compatibile con le vernici, l’aria compressa deve sempre essere:

  • asciutta;
  • priva di contaminazioni liquide, olii o aerosol;
  • priva di vapore soggetto a condensazione;
  • priva di polveri o altre particelle solide.

Proprio come i grassi e gli olii, i siliconi tanto temuti nella tecnica di verniciatura possono essere presenti nell'aria compressa in diverse forme (solida, liquida, gassosa). Le sostanze contenenti silicone possono essere eliminate con adeguati filtri. Tuttavia, i composti siliconici gassosi e quindi volatili possono essere rimossi dall’aria compressa esclusivamente tramite ossidazione catalitica. Per questo motivo, l'impiego di un convertitore catalitico è essenziale per la produzione di aria compressa compatibile con le vernici.

Industria chimica

In caso di contatto diretto durante la lavorazione delle materie prime (polvere e granulati), l’aria compressa deve essere assolutamente asciutta e non lubrificata. Questo è l’unico modo per escludere contaminazioni e la formazione di agglomerati. Per garantire l'affidabilità del processo, sono essenziali il monitoraggio permanente e la documentazione completa della qualità dell'aria compressa.

Componenti elettronici

La produzione dei chip deve avvenire in condizioni di camera bianca: ciò significa che la qualità dell’aria compressa deve essere adattata a tali requisiti.  Un altro campo di impiego dell'aria compressa è per l'applicazione della pasta saldante sui circuiti stampati e per la pulizia di schede, wafer e circuiti stampati. L'aria compressa utilizzata deve essere priva di particelle di impurità e di umidità e non lubrificata.

Generazione di aria compressa oil-free

In via di principio, esistono tre modalità per generare aria compressa non lubrificata. Durante la progettazione, vanno considerate attentamente le esigenze particolari. Si comincia dunque dal capire se l’aria compressa non lubrificata deve essere disponibile a livello centrale o se va trattata in modo decentrato, perché in quest’ultimo caso, solo un flusso parziale dell’aria pone requisiti particolarmente elevati.

1 - Trattamento mediante catalisi

Con un convertitore catalitico è possibile produrre aria compressa non solo priva di olio, ma anche di germi e batteri, nel rispetto dell'ambiente. Questa procedura, indipendente dalle condizioni di aspirazione, è molto più affidabile della filtrazione e, allo stesso tempo, richiede meno manutenzione. È la tecnologia più innovativa e può essere installata anche a valle di compressori lubrificati ad olio.

L'aria compressa oleosa viene condotta nel convertitore catalitico. Qui, gli idrocarburi vengono scomposti in anidride carbonica e acqua, in un’unica fase. L’energia termica necessaria per la scomposizione chimica è inoltre un efficace strumento di controllo. Se si verifica una perdita d’olio nelle tubazioni dell’aria compressa a monte del catalizzatore, la temperatura aumenta bruscamente e un’elettrovalvola chiude l’uscita dell’aria. In questo modo si impedisce il passaggio di olio a valle. Il controllo della temperatura integrato consente anche di evitare l’uscita di olio causata da una temperatura troppo bassa.

Questa tecnica produce aria compressa costantemente non lubrificata con un tenore di olio residuo massimo pari a 0,001 milligrammi per metro cubo, un valore quasi non rilevabile. Il contenuto di olio residuo supera i requisiti delle classi di aria compressa 0-1 secondo la norma ISO 8573-1. Anche la condensa prodotta dal raffreddamento dell’aria compressa è assolutamente oil-free e può essere scaricata nella rete fognaria senza alcun trattamento. Attenzione: in caso di esercizio 24 ore su 24, 7 giorni su 7, è necessario prevedere un bypass o un sistema ridondante.

Il nostro catalizzatore è la soluzione ideale quando occorre aria compressa asettica e costantemente priva di olio. Combina efficienza e affidabilità del processo ed è indipendente dalle condizioni di aspirazione. È facile effettuare il retrofit nei sistemi d’aria compressa esistenti. BEKOKAT è sinonimo di qualità costante dell'aria compressa, ideale per l’impiego con prodotti sensibili come gli alimenti o i farmaci. 

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2 - Trattamento mediante adsorbimento

L'aria compressa “tecnicamente” non lubrificata contiene ancora idrocarburi, nonché diversi odori e aromi, che compromettono la qualità del prodotto. Piccoli volumi parziali d’aria possono essere trattati con microfiltri o filtri a carbone attivo. In caso di volumi maggiori, il trattamento avviene con adsorbitori a carbone attivo. Un filtro può rimuovere dall’aria compressa sempre e solo goccioline di olio, mentre un adsorbitore a carbone attivo è in grado di eliminare anche i vapori degli idrocarburi. Un adsorbitore a carbone attivo deve sempre essere preceduto da un filtro ad elevate prestazioni e da un essiccatore, i quali eseguono una pre-filtrazione.

Per poter rimuovere anche l’olio residuo sotto forma di vapore, si utilizza il carbone attivo. Il trattamento dell’aria compressa mediante adsorbimento è una procedura puramente fisica. Mediante la capacità di assorbimento del carbone attivo, le molecole d’olio vengono trattenute sulla sua superficie. In questo modo non si origina alcun composto chimico. La qualità del carbone attivo non è visibile a occhio nudo, tuttavia ha un’importanza decisiva, poiché svolge gran parte del lavoro. Le differenze si notano solamente quando la durata utile non soddisfa le aspettative. Per evitare l’accumulo di sostanze inquinanti indesiderate, sono necessari una superficie il più estesa possibile e un sistema a pori fini all’interno del carbone attivo.

L'aria compressa essiccata e filtrata viene convogliata da un diffusore attraverso il letto adsorbente del carbone attivo. Ciò consente tempi di contatto più lunghi e un utilizzo ottimale del materiale adsorbente. Ad un certo punto, il carbone attivo si satura e non è più in grado di effettuare il trattamento. Da questo momento in poi, il tenore d’olio residuo nell’aria compressa torna ad aumentare. Quindi, il carbone attivo è un materiale di consumo che non può essere rigenerato e che deve essere sostituito dopo circa 8.000-10.000 ore di utilizzo. Se i filtri vengono sottoposti a regolare manutenzione, garantiscono un contenuto d’olio residuo nell’aria compressa trascurabile, che soddisfa i requisiti delle classi di qualità 1-2 secondo la norma ISO 8573-1.

Per motivi di sicurezza, a valle dell’adsorbitore andrebbe collocato un filtro ad alte prestazioni come post-filtro, perché l’aria compressa trascina via dal letto di carbone attivo anche le particelle di polvere più piccole (inferiori a 1 µm). Se queste condizioni sono presenti, l’adsorbitore a carbone attivo CLEARPOINT V protegge il vostro sistema dall’ingresso di olio, distinguendosi al tempo stesso per una bassa caduta di pressione e una lunga durata utile.

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3 - Compressori oil-free

Si tratta di una modalità diretta per evitare contaminazione aggiuntiva da olio mediante il compressore. L’aria compressa viene generata con compressori a pistone o a vite non lubrificati, senza entrare in contatto con oli liquidi o sotto forma di vapore, perché la camera di compressione non è lubrificata e le coppie di viti scorrono senza toccarsi tra loro. L'aria compressa così generata viene spesso detta “tecnicamente oil-free”. Tuttavia, ciò è possibile solo attraverso un’impermeabilizzazione perfetta e un’estrema precisione, che comportano costi di investimento elevati e una pressione di esercizio limitata.

Un compressore oil-free impermeabilizzato offre la massima sicurezza?
Certo è che un compressore non lubrificato impermeabilizzato non aggiunge ulteriore olio all’aria compressa. Tuttavia, come visto sopra, i contaminanti (come i gas di scarico dei motori a combustione dei veicoli o dei sistemi di riscaldamento, i vapori d’olio e i microorganismi) sono già presenti nell'aria di aspirazione e, dopo il compressore, la loro concentrazione risulta maggiore. Il contenuto di olio è spesso pari a ≥ 0,01 mg per metro cubo (classe 2 o anche peggiore). Per questo motivo, l’aria compressa deve sempre essere trattata.

Confronto tra diversi tipi di compressori
Struttura dei compressori Tenore olio residuo all’uscita dell’aria compressa Entrata di olio nella rete con portata volumetrica 1000 m³/h
Compressore a stantuffo, lubrificato 10 - 180 mg/m³ 240 - 4320 g
Compressore a lamelle, lubrificato 1 - 180 mg/m³ 24 - 4320 g
Compressore a elica, raffreddato a irrorazione d’olio 1 - 20 mg/m³ 24 - 480 g
Compressore per aria compressa non lubrificato 0 - 3 mg/m³ 0 – 72 g
Temperatura di aspirazione 20° C, pressione di aspirazione 1 bar (a), carico 24 h/d (fonte VDMA foglio standard 15390-1: 2014-12) .

Massima sicurezza grazie al controllo del tenore d’olio residuo

I produttori che si attengono a linee guida come le GMP per le applicazioni critiche dell'aria compressa ed eseguono un'analisi dei pericoli e una valutazione dei rischi, soddisfano importanti prerequisiti per un utilizzo sicuro dell'aria compressa. Coloro che monitorano la qualità dell'aria compressa 24/7 sono un ulteriore passo avanti. Normative per garantire la qualità, come l'HACCP, richiedono il controllo anche di valori limite estremi del contenuto di vapori d'olio nell'aria compressa, pari a 0,001 mg/m³. METPOINT OCV rende possibile un monitoraggio online permanente.

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Un trattamento intelligente dell’aria compressa richiede esperienza

Nella pratica, il tema dell'aria compressa è spesso di enorme criticità per i direttori di produzione e i quality manager. Infatti, spesso nelle direttive i requisiti sono formulati parzialmente e in modo poco chiaro, oppure gli effetti sull’interno impianto non vengono sufficientemente rappresentati. Per la specificazione della classe di qualità dell'aria compressa necessaria e per una progettazione adeguata, ovvero sicura ed energeticamente efficiente, sono necessarie conoscenze dettagliate.

Ottimizzazione impianto ed Air Audit…