Calidad del aire comprimido en el sector de alimentación: Cómo cumplir con la ISO 8573 y la ISO 12500

El aire comprimido proporciona la fuente de energía para los que equipos que transportan líquidos, polvos y productos sensibles a la humedad por toda la planta. Proporciona energía para herramientas y equipos operados neumáticamente que procesan productos cárnicos, airean líquidos y mezclan ingredientes granulares. En última instancia, se utiliza para envasar, envolver, sellar, paletizar y etiquetar productos alimenticios antes de su almacenamiento o envío.

De las principales utilidades empleadas en el entorno de fabricación de alimentos, el aire comprimido es la única utilidad generada por el usuario final. Esto significa que el usuario final influye directamente en la calidad del aire comprimido en el sector de alimentación, que sin duda es una fuente de energía. El aire comprimido de alta calidad es fundamental para proporcionar productos alimenticios que no solo sean rentables de procesar, sino también seguros para comer.

Un muy buen comienzo: ISO 8573.1

Los procesadores de alimentos tienen la responsabilidad social de mantener la calidad de sus productos y esa responsabilidad comienza con la selección de los componentes del sistema de aire comprimido. En la mayoría de los casos, los usuarios finales seleccionan los componentes del sistema de aire comprimido comparando los datos técnicos de varios fabricantes de tratamiento de aire. En 1991, la Organización Internacional de Normalización (ISO) estableció el estándar de calidad del aire comprimido 8573 para facilitar la selección, el diseño y la medición de los componentes del sistema de aire comprimido.

ISO 8573 es una norma de varias partes, con la Parte 1 que clasifica el tipo de contaminante y asigna niveles de calidad del aire, y las Partes 2 a 9 definen métodos de prueba para medir con precisión una gama completa de contaminantes dentro de las instalaciones del usuario final.

ISO 8573.1 identifica tres tipos de contaminantes primarios que prevalecen en un sistema de aire comprimido. Se reconocen las partículas sólidas, el agua y el aceite (tanto en forma de aerosol como de vapor). A cada uno se le asigna una categoría de calidad que va desde la clase 0, la más estricta, hasta la clase 9, la más relajada. El usuario final es responsable de definir la calidad del aire comprimido en el sector de alimentación requerida para su aplicación o proceso particular.

Los fabricantes de equipos para el tratamiento de aire comprimido presentan datos técnicos en referencia a ISO 8573.1. Una tabla ISO 8573.1: 2001 fácil de entender define las diversas clases de calidad del aire. La norma también determina que la calidad del aire se designará con la siguiente nomenclatura:

Clases de pureza del aire comprimido A, B, C:

Donde:

A = designación de clase de partículas sólidas

B = designación de clase de humedad y agua líquida

C = designación de clase de aceite

Más de lo que pensabas

Contaminación del aire comprimido

Los contaminantes se originan de tres fuentes generales. Los contaminantes del ambiente circundante se introducen en el sistema de aire a través de la entrada del compresor de aire. Los contaminantes ingeridos aparecen en forma de vapor de agua, vapores de hidrocarburos, partículas naturales y partículas en el aire. Como resultado del proceso de compresión mecánica, pueden introducirse impurezas adicionales en el sistema de aire. Los contaminantes generados incluyen lubricante para compresores, partículas de desgaste y lubricante vaporizado.

Un sistema de aire comprimido contendrá contaminación incorporada. La distribución de tuberías y los tanques de almacenamiento de aire, más frecuentes en los sistemas más antiguos, tendrán contaminantes en forma de óxido, sarro, depósitos minerales y bacterias.

Agua

El vapor de agua ingresa al sistema a través de la admisión del compresor de aire. En volumen total, el vapor de agua condensado representa la mayor parte de la contaminación líquida en un sistema de aire comprimido. En un día típico de verano de 80 ° F (21 ° C) y 70% de humedad relativa, aproximadamente 19.5 galones (73.8 litros) de agua ingresan a un sistema de 100 scfm (170 nm3 / hr) en un período de 24 horas. Esta humedad se estropeará productos alimenticios, causan fallas en la maquinaria neumática y promueven el crecimiento bacteriano en la tubería de aire comprimido. Los sistemas y la calidad del aire comprimido en el sector de alimentación deben mantener condiciones secas y libres de humedad que mitiguen el riesgo de crecimiento de microorganismos.

El punto de rocío, especificado como temperatura, es el punto en el que el vapor de agua contenido en el aire comprimido es igual a la capacidad del aire comprimido para contener vapor de agua. Los secadores desecantes, que utilizan alúmina activada, absorberán el vapor de agua del aire con mayor eficacia, proporcionando ISO 8573.1 Clase de calidad 2 (-40 (F / -40 (C) punto de rocío a presión), ideal para la industria de procesamiento de alimentos. En este nivel de sequedad, las bacterias dejarán de crecer.

Aceite líquido y vapor de aceite

El contaminante más examinado y discutido a menudo clasificado por ISO 8573.1 es el aceite. El aire comprimido “libre de aceite” es un requisito para mantener la calidad del aire comprimido en el sector de alimentación óptima.

Los usuarios finales tienen la opción de seleccionar entre varias tecnologías de compresores de aire, algunas de las cuales requieren lubricación en la cámara de compresión para fines de enfriamiento y sellado, y otras que funcionan con menos lubricante en la cámara de compresión.

El usuario final determina qué diseño de compresor cumple mejor con los requisitos deseados. El propósito de esta discusión no es inclinar la balanza hacia ninguna tecnología, sino abordar los requisitos de tratamiento del aire en las aplicaciones de procesamiento de alimentos.

Los compresores lubricados suelen ser menos costosos de comprar y tienen un costo de propiedad más bajo. Dependiendo de la edad del compresor y de los programas de mantenimiento preventivo realizados, un compresor de aire de tornillo rotativo lubricado introducirá de 2 a 10 ppm / w de aceite en el sistema de aire. Un compresor de aire lubricado de 250 scfm en buen estado, con un arrastre conservador de 4 partes por millón, agregará hasta 4.8 galones (18.2 litros) de aceite en el sistema de aire durante una operación de 8000 horas.

Los compresores sin lubricante generalmente tienen un mayor costo inicial y mayores costos de mantenimiento durante el ciclo de vida del equipo. Solo se requiere lubricante para los cojinetes y los engranajes de sincronización, que está separado de la cámara de compresión. Esta tecnología de compresor no presenta ningún riesgo de que el lubricante migre al aire de proceso.

Dependiendo de la ubicación de la entrada del compresor, los niveles de vapor de aceite en áreas industriales pueden contener 20-30 ppm de aerosoles de hidrocarburos en el aire. Los vapores de hidrocarburos, el componente principal de la combustión de combustibles fósiles, se condensarán en un sistema de tuberías cuando se enfríen formando un contaminante líquido.

Debido a que el aire comprimido puede entrar en contacto directo e indirecto con el procesamiento de alimentos, se requiere un nivel elevado de filtración. Se recomienda un filtro coalescente de alta eficiencia capaz de eliminar sólidos y líquidos. Debe ser capaz de eliminar aerosoles sólidos y líquidos de 0,01 micrones y mayores.

El contenido de aceite restante debe ser de 0,007 ppm o menos. También se recomienda un filtro de carbón activado, instalado en serie, aguas abajo del filtro coalescente. El filtro de adsorción eliminará los olores traza y el vapor de aceite a 0.003 partes por millón en peso. Esta combinación de filtros garantizará que los niveles de filtración especificados alcancen la norma ISO 8573.1 Clase 1 para la eliminación de aceite y vapor.

Partículas sólidas

En un área industrial general, hay cerca de 4.000.000 de partículas en el aire por pie cúbico de aire. Cuando este aire ambiente se comprime a 100 psig, la concentración de contaminación sólida alcanzará proporciones significativas. La mayoría de los filtros de admisión de los compresores de aire están clasificados para capturar partículas vendidas de 4 a 10 micrones de tamaño y más grandes y tienen una eficiencia del 90-95%. Aproximadamente el 80% de las partículas en el aire son de 10 micrones o menos.

Las esporas, el polen y las bacterias tienen un tamaño inferior a 2 micrones. Esto puede parecer una gran cantidad de material particulado, pero tenga en cuenta que una partícula sólida de 40 um de tamaño apenas es visible a simple vista. Incluso un filtro de entrada bien mantenido y que se cambie de forma rutinaria permitirá que las partículas sólidas entren en el sistema de aire.

Las partículas sólidas deben eliminarse del aire de proceso que sirve a la industria alimentaria. En los circuitos de control neumático, las partículas sólidas taponan los orificios de las válvulas de control, afectan la precisión de la medición y rayan las paredes de los cilindros de aire, lo que provoca fugas. Las partículas pueden restringir el flujo a través de las boquillas de chorro de aire que se usan para limpiar las superficies de preparación de alimentos o afectar negativamente la consistencia de los recubrimientos en aerosol aplicados a los productos alimenticios.

Enfrentando el desafío más reciente: ISO 12500

El estándar de calidad del aire ISO 8573 está sirviendo bien a la industria al sensibilizar al usuario final sobre cómo medir y definir la calidad del aire comprimido. Con esto, el usuario final puede tomar decisiones informadas sobre el rendimiento de filtración requerido para generar un cierto nivel de calidad. Sin embargo, esta norma no aborda cómo los fabricantes deben probar y calificar los filtros. El campo de juego no está nivelado y los consumidores se confunden. El estándar de filtros ISO 12500 aborda este problema y establece cómo los fabricantes prueban y califican los filtros de aire comprimido.

ISO 12500 es un estándar de varias partes, con ISO 12500-1 que abarca las pruebas de filtros coalescentes para el rendimiento de eliminación de aerosoles de aceite, ISO 12500-2 cuantifica la capacidad de eliminación de vapor de los filtros de adsorción, y; ISO 12500-3 describe los requisitos para probar los filtros de partículas para la eliminación de contaminantes sólidos.

Métodos de prueba

A continuación, se describen los métodos para realizar pruebas de rendimiento del filtro bajo la apariencia de las normas ISO 12500.

• ISO 12500-1: 2007 — Filtros para aire comprimido – Parte 1: Aerosoles de aceite

  ISO 12500-1 ha identificado dos concentraciones de aerosoles de aceite de entrada opuestas para determinar el rendimiento y las características de caída de presión de los filtros coalescentes. Las concentraciones de entrada, 10 mg / m3 y 40 mg / m3, se seleccionaron para proporcionar una amplia variación de desafío. El fabricante del filtro puede optar por publicar la fecha de rendimiento en cualquiera de las dos concentraciones de entrada. La concentración de desafío seleccionada aparecerá en los datos técnicos publicados.

  Nota: 1 mg / m³ = 0,84 ppm por peso

  La prueba del filtro coalescente ISO 12500-1 comienza con una fuente limpia y confiable de aire comprimido.

  Se deben controlar las condiciones de prueba: presión de aire de entrada: 101,5 psig (7 bar); temperatura del aire de entrada: 68 (F (20 (C)); temperatura ambiente: 68 (F (20 (C)).

  Se toma una medición de caída de presión inicial (seca). Las clasificaciones iniciales de caída de presión son relevantes para cuantificar el costo de operación en esa condición.

  Un generador de boquilla Laskin desarrolla un suministro de aerosoles con un perfil de distribución de pico de 0,1 a 0,3 micrones de tamaño. Los aerosoles de esta gama son los más difíciles de eliminar. Estos aerosoles de aceite se inyectan en la corriente de aire comprimido limpio.

  Un fotómetro de dispersión de luz blanca mide la concentración aguas arriba para garantizar que la mezcla cumpla con el desafío de aerosol de 10 mg / m3 o 40 mg / m3. Luego, el aire ingresa al filtro de tipo coalescente.

  Una vez que el filtro alcanza el equilibrio, lo que a menudo se denomina «condición húmeda», se toman medidas para determinar la eficacia del filtro. Se utiliza un fotómetro de dispersión de luz blanca para medir la penetración de los aerosoles de aceite a través del elemento coalescente. La caída de presión en la carcasa del filtro también se mide y registra.

  Se toman tres conjuntos de lecturas. El fabricante publica el valor de rendimiento medio derivado de las tres pruebas. A la concentración de entrada de aceite dada, la prueba 12500-1 confirmará:

  Penetración de aerosoles de aceite (expresada como masa por unidad de volumen (mg / m3)

  Eficiencia de filtración de aerosoles de aceite (expresada en porcentaje (% capturado)

  Caída de presión (Δp)

• ISO 12500-2: 2007 — Filtros para aire comprimido. Parte 2: Vapores de aceite.

  ISO 12500-2 determina la capacidad de adsorción y la caída de presión de los filtros de eliminación de vapores de hidrocarburos. Los filtros de adsorción, que utilizan un medio de carbón activado, poseen la polaridad para atraer los vapores de hidrocarburos de una corriente de aire a una superficie porosa. El proceso de adsorción continuará hasta que el medio de carbón activado se consuma por completo. Se toma una medida de masa que confirma la capacidad de adsorción del filtro de eliminación de vapor expresada en miligramos de hidrocarburo adsorbido.

  La prueba del filtro de adsorción ISO 12500-2 comienza con una fuente limpia y confiable de aire comprimido.

  Se deben controlar las condiciones de prueba: presión de aire de entrada: 101,5 psig (7 bar); temperatura del aire de entrada: 68 (F (20 (C)); temperatura ambiente: 68 (F (20 (C)).

  Un rotámetro de precisión mide la concentración de n-hexano líquido. El N-hexano se usa ampliamente en pruebas de laboratorio para la medición de hidrocarburos y posee las propiedades necesarias para realizar pruebas de filtro de adsorción, es decir, fácil de evaporar, incoloro, de olor ligero distinguible y fácil de medir.

  Un calentador vaporiza el n-hexano líquido a 155,6 ° F (68 ° C). Cuando se calienta, el n-hexano cambia de fase y se convierte en vapor. El aire enriquecido con vapor se inyecta y se mezcla con la fuente de aire limpio.

  La mezcla de aire y vapor de n-hexano ingresa al filtro de adsorción. Se toma una medición de caída de presión inicial (seca). Nota: Los filtros de adsorción están diseñados para eliminar vapores y no contaminantes líquidos. Establecer una caída de presión en seco es útil para determinar el costo de operación.

  Se utiliza un espectrómetro de infrarrojos para detectar la presencia de vapor de n-hexano en la salida del filtro.

  El filtro se supervisa continuamente hasta que el vapor penetra a través del elemento filtrante adsorbente. El avance indica que el filtro se ha consumido por completo y es incapaz de absorber vapor adicional. Se establece un valor de capacidad de adsorción (cantidad total adsorbida) en miligramos.

  Se probarán tres filtros del mismo tamaño en condiciones idénticas. El fabricante publica el valor de rendimiento medio derivado de las tres pruebas.

• ISO 12500-3: 2009 – Filtros para aire comprimido – Parte 3: Partículas

  Nota: Una partícula de micrón mide 0,000039 de pulgada. ISO 12500-3 proporciona orientación para las pruebas y métodos para determinar la eficiencia de eliminación del filtro de partículas, por tamaño de partícula. Los filtros deben ser desafiados por partículas sólidas en el rango de 0.01 <5.0 um, filtros de tipo fino y partículas de 5.0> 40 um, para filtros de tipo grueso. La prueba del filtro de partículas ISO 12500-3 comienza con una fuente limpia y confiable de aire comprimido.

  Se deben controlar las condiciones de prueba: presión de aire de entrada: 101,5 psig (7 bar); temperatura del aire de entrada: 68 (F (20 (C)); temperatura ambiente: 68 (F (20 (C)).

  Se toman y registran las medidas iniciales de caída de presión en la carcasa del filtro. Para generar partículas sólidas para la prueba, se atomiza una solución de sal y luego se seca, formando partículas de sal que varían de 0.050 a 0.1 micrones de tamaño.

  Luego, estas partículas se inyectan en la corriente de aire limpio. Un medidor de partículas de movilidad de exploración (SMPS) proporciona un recuento de partículas de alta resolución por tamaño y traza una curva de distribución para el desafío de la entrada del filtro. El SMPS también se utiliza para medir la distribución de partículas aguas abajo del filtro, determinando así las características de penetración del filtro.

  La eficiencia del filtro, por tamaño de partícula, se puede calcular (expresada en porcentaje (%).

  Se probarán tres filtros del mismo tamaño en condiciones idénticas. El fabricante publica los valores de rendimiento promedio derivados de las tres pruebas.

Complementarse unos a otros para mantener la calidad del aire comprimido en el sector de alimentación

La norma ISO 8573 seguirá beneficiando a los usuarios finales al definir los niveles de calidad del aire y los métodos para determinar los contaminantes presentes en su sistema de aire. Las normas de prueba ISO 12500 beneficiarán a los fabricantes de equipos para el tratamiento de aire comprimido al proporcionar los medios para separar comercialmente los productos de filtrado mediante un rendimiento certificable.

Todos son beneficiados, apreciando que ISO, una organización internacional de estándares globales, continúa refinando sus estándares para el mejoramiento y la buena calidad del aire comprimido en el sector de alimentación y otros sectores.

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