Dossier

Oil-free: le nostre soluzioni per applicazioni sensibili

Aria compressa oil-free e germ-free: problemi e soluzioni

In tanti stabilimenti industriali, l’aria compressa entra direttamente o indirettamente a contatto con impianti di produzione, prodotti finali oppure materiali di imballaggio. Le contaminazioni dovute alla presenza di idrocarburi, microorganismi e umidità hanno enormi conseguenze sulla qualità dei prodotti, sulla sicurezza dei consumatori e sulla reputazione aziendale.

L’organizzazione tedesca per i consumatori Stiftung Warentest ha dichiarato: "Oli minerali nel cioccolato, Foodwatch denuncia i pericoli derivanti dagli imballi alimentari". Tutti conosciamo notizie simili su contaminazioni o scarsa qualità dei prodotti finali. E ne conosciamo bene anche le conseguenze: incertezza sul mercato, clamore sulla stampa e lunghi dibattiti; per finire, danni enormi all'immagine del marchio.

L’utilizzo dell'aria compressa in settori che possono potenzialmente danneggiare la salute delle persone pone requisiti particolarmente elevati sulla sua purezza. Ecco perché è fondamentale un trattamento adeguato dell'aria compressa.

Cause

In che modo viene contaminata l'aria compressa ?

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 che viene aspirata dal compressore e poi immessi nel sistema d'aria compressa. Una fonte di contaminazione può essere, ad esempio, una strada a traffico elevato o un cantiere nelle vicinanze dello stabilimento. Il rischio di presenza di umidità nell'impianto d’aria compressa aumenta se l'aria ambiente è umida.

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

Le possibili fonti di contaminazione

Ambiente

A seconda di ambiente circostante e condizioni individuali, tramite l’aria aspirata possono giungere nel sistema d’aria compressa polvere e umidità, ma 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 raccordi

Valvole, guarnizioni e raccordi: molti componenti del sistema d’aria compressa vengono lubrificati con grassi e siliconi per un migliore funzionamento. Dunque, possono facilmente contaminare l'aria compressa.

Tubazioni

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

Problemi

Rischi derivanti da olio e idrocarburi

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

Farmaceutica

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 d'impurità né batteri e oli contaminanti. Oltre agli ospedali, l'aria compressa viene utilizzata anche nei laboratori. Per eliminare il pericolo di crescita batterica in questi ambienti altamente sensibili, l'aria compressa deve essere completamente asettica e asciutta.

Casi di applicazione

Alimentare

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, ad esempio, 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 esempio 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 contaminazioni 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

Casi di applicazione

Verniciatura

Le particelle solide, gli aerosol e i vapori d'olio, le sostanze contenenti silicone e la condensa sono le principali cause di difetti nel reparto verniciatura. L’utilizzo di aria compressa in questo processo impone requisiti sulla sua purezza molto elevati, 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 di qualità molto elevata è necessaria se entra direttamente o indirettamente a 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.

Chimica

Nell'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 formazione di grumi. Per garantire l'affidabilità del processo, sono essenziali il monitoraggio permanente e la documentazione completa della qualità dell'aria compressa.

Casi di applicazione

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 per questi scopi deve essere priva di particelle di impurità e umidità e non lubrificata.

Casi di applicazione

Verniciatura a polvere

La verniciatura a polvere è un procedimento di rivestimento adatto a oggetti metallici e non metallici. Da un lato, il rivestimento a polvere aumenta il valore dell'oggetto trattato: dall'altro, è utilizzato per proteggere l'oggetto dalla corrosione e da agenti aggressivi. Esistono due tipologie di processo: il rivestimento elettrostatico a polvere (EPS) e il metodo di sinterizzazione a turbina. L'aria compressa viene utilizzata ad esempio per convogliare la polvere, per la fluidificazione o il dosaggio, ed è un fattore decisivo per la qualità finale del prodotto. L'aria compressa oleosa, infatti, può causare bolle e crateri nel rivestimento della vernice o nel serbatoio del fluido.

Soluzioni

Produzione di aria compressa oil-free

In via di principio, esistono tre modalità per generare aria compressa non lubrificata. Durante la progettazione dell'impianto, vanno considerate attentamente le esigenze specifiche dell'applicazione. Per prima cosa, è essenziale capire se l’aria compressa oil-free deve essere disponibile a livello centrale oppure solo in alcuni punti dell'impianto: in quest’ultimo caso, solo un flusso parziale dell’aria dovrà avere requisiti di qualità particolarmente elevati ed essere trattato nel modo adeguato.

Soluzioni tecniche per aria compressa oil-free

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 necessità di 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 costantemente priva di olio e batteri. 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. 

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 un pre-trattamento.

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.

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 una tenuta perfetta e un’estrema precisione, che comportano costi di investimento elevati e una pressione di esercizio limitata.

Un compressore oil-free offre la massima sicurezza?
Certo è che un compressore non lubrificato non aggiunge ulteriore olio all’aria compressa. Tuttavia, come visto sopra, i contaminanti (come i gas di scarico dei veicoli o dei sistemi di riscaldamento, i vapori d’olio e i microorganismi) sono già presenti nell'aria di aspirazione e, dopo la compressione, la loro concentrazione risulta maggiore. Il contenuto di olio è spesso pari o superiore a 0,01 mg per metro cubo (classe 2 o anche peggiore secondo ISO 8573-1). Per questo motivo, l’aria compressa deve sempre essere trattata, anche in presenza di un compressore oil-free.

Casi di applicazione

Soluzioni oil-free nei vari settori industriali

Ogni azienda ha le proprie applicazioni, e quindi anche specifici requisiti di qualità, dell'aria compressa. Esistono classi di purezza definite per la qualità dell'aria compressa così come norme, leggi o linee guida specifiche per settore industriale.

Qui potrete scoprire in dettaglio quali sono le sfide tipiche dei singoli settori e come alcune aziende hanno implementato l'aria compressa oil-free nella propria produzione in modo efficiente e sicuro.

Trattamento dell’aria compressa nell'industria delle bevande

A causa delle normative estremamente rigide dell'industria alimentare, RheinfelsQuellen H. Hövelmann GmbH & Co. KG utilizza due BEKOKAT per produrre aria compressa assolutamente non lubrificata, perché come aria di processo entra in parte a contatto diretto con gli alimenti.

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Pulizia delle superfici

La pulizia delle superfici presso l'azienda HELLA KGaA Hueck & Co. è particolarmente importante, in quanto vengono prodotti componenti elettronici altamente sensibili. L'aria compressa viene trattata con BEKOKAT per eliminare le particelle di impurità ed essere poi impiegata come aria di processo per soffiare via lo sporco e la polvere dalle linee di produzione.

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Aria non lubrificata e asettica per i farmaci

Nell'industria farmaceutica, è particolarmente importante utilizzare aria compressa asettica e non lubrificata. Nycomed utilizza i filtri per aria compressa CLEARPOINT e il catalizzatore BEKOKAT. L'aria compressa è utilizzata per pulire le confezioni e controllare l'apertura/chiusura delle valvole.

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Metti subito alla prova le tue conoscenze e scopri se hai ancora qualcosa da imparare sull’aria compressa oil-free o se sei un esperto. Buon divertimento!

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