Qualidade do ar comprimido no sector alimentar: Como cumprir as normas ISO 8573 e ISO 12500

O ar comprimido fornece a fonte de energia para o equipamento que transporta líquidos, pós e produtos sensíveis à humidade através da fábrica. Fornece energia para ferramentas e equipamento accionados pneumaticamente que processam produtos à base de carne, arejam líquidos e misturam ingredientes granulados. Por fim, é utilizado para embalar, embrulhar, selar, paletizar e rotular produtos alimentares antes do seu armazenamento ou expedição.

Das principais utilidades utilizadas no ambiente de fabrico de alimentos, o ar comprimido é a única utilidade gerada pelo utilizador final. Isto significa que o utilizador final influencia diretamente a qualidade do ar comprimido no sector alimentar, que é claramente uma fonte de energia. O ar comprimido de alta qualidade é fundamental para fornecer produtos alimentares que não só são económicos para processar, mas também seguros para comer.

Um bom começo: ISO 8573.1

Os processadores de alimentos têm a responsabilidade social de manter a qualidade dos seus produtos e essa responsabilidade começa com a seleção dos componentes do sistema de ar comprimido. Na maioria dos casos, os utilizadores finais seleccionam os componentes do sistema de ar comprimido comparando os dados técnicos de vários fabricantes de tratamento de ar. Em 1991, a Organização Internacional de Normalização (ISO) estabeleceu a norma de qualidade do ar comprimido 8573 para facilitar a seleção, conceção e medição dos componentes do sistema de ar comprimido.

A ISO 8573 é uma norma com várias partes, sendo que a Parte 1 classifica o tipo de poluente e atribui níveis de qualidade do ar, e as Partes 2 a 9 definem métodos de ensaio para medir com precisão uma gama completa de poluentes nas instalações do utilizador final.

A norma ISO 8573.1 identifica três tipos de contaminantes primários prevalecentes num sistema de ar comprimido. São reconhecidas as partículas sólidas, a água e o óleo (tanto em forma de aerossol como de vapor). A cada um deles é atribuída uma categoria de qualidade que varia entre a Classe 0, a mais rigorosa, e a Classe 9, a mais relaxada. O utilizador final é responsável por definir a qualidade do ar comprimido no sector alimentar necessária para a sua aplicação ou processo específico.

Os fabricantes de equipamentos de tratamento de ar comprimido apresentam dados técnicos com referência à norma ISO 8573.1. Uma tabela de fácil compreensão ISO 8573.1: 2001 define as várias classes de qualidade do ar. A norma também determina que a qualidade do ar deve ser designada com a seguinte nomenclatura:

Classes de pureza do ar comprimido A, B, C:

Onde:

A = designação da classe de partículas sólidas

B = classe de humidade e designação de água líquida

C = designação da classe de óleo

Mais do que pensava

Poluição do ar comprimido

Os contaminantes são originários de três fontes gerais. Os contaminantes do ambiente circundante são introduzidos no sistema de ar através da entrada do compressor de ar. Os contaminantes ingeridos aparecem sob a forma de vapor de água, vapores de hidrocarbonetos, partículas naturais e partículas transportadas pelo ar. Como resultado do processo de compressão mecânica, podem ser introduzidas impurezas adicionais no sistema de ar. Os contaminantes gerados incluem o lubrificante do compressor, as partículas de desgaste e o lubrificante vaporizado.

Um sistema de ar comprimido contém contaminação incorporada. A distribuição de tubagens e os tanques de armazenamento de ar, mais prevalentes em sistemas mais antigos, terão contaminantes sob a forma de ferrugem, incrustações, depósitos minerais e bactérias.

Água

O vapor de água entra no sistema através da entrada do compressor de ar. Por volume total, o vapor de água condensado é responsável pela maior parte da contaminação líquida num sistema de ar comprimido. Num dia típico de verão com 80°F (21°C) e 70% de humidade relativa, aproximadamente 19,5 galões (73,8 litros) de água entram num sistema de 100 scfm (170 nm3/hr) num período de 24 horas. Esta humidade irá estragar os produtos alimentares, causar falhas na maquinaria pneumática e promover o crescimento de bactérias na tubagem de ar comprimido. Os sistemas de ar comprimido e a qualidade no sector alimentar têm de manter condições secas e sem humidade que reduzam o risco de crescimento de microrganismos.

O ponto de orvalho, especificado como temperatura, é o ponto em que o vapor de água contido no ar comprimido é igual à capacidade do ar comprimido para reter o vapor de água. Os secadores dessecantes, que utilizam alumina activada, absorvem o vapor de água do ar de forma mais eficaz, proporcionando um ponto de orvalho de pressão ISO 8573.1 Classe de Qualidade 2 (-40 (F / -40 (C)), ideal para a indústria alimentar. A este nível de secura, as bactérias deixarão de crescer.

Óleo líquido e vapor de óleo

O contaminante mais examinado e frequentemente discutido classificado pela norma ISO 8573.1 é o óleo. O ar comprimido "isento de óleo" é um requisitos para manter a qualidade do ar comprimido na indústria alimentar ótimo.

Os utilizadores finais têm a opção de selecionar entre várias tecnologias de compressores de ar, algumas das quais requerem lubrificação na câmara de compressão para efeitos de arrefecimento e vedação, e outras que funcionam com menos lubrificante na câmara de compressão.

O utilizador final determina qual a conceção do compressor que melhor satisfaz os requisitos pretendidos. O objetivo desta discussão não é inclinar a balança para qualquer tecnologia, mas abordar os requisitos de tratamento de ar em aplicações de processamento de alimentos.

Os compressores lubrificados são normalmente menos dispendiosos na compra e têm um custo de propriedade mais baixo. Dependendo da idade do compressor e dos programas de manutenção preventiva efectuados, um compressor de ar de parafuso lubrificado introduzirá 2 a 10 ppm/w de óleo no sistema de ar. Um compressor de ar lubrificado de 250 scfm em boas condições, com um arrastamento conservador de 4 partes por milhão, adicionará até 4,8 galões (18,2 litros) de óleo ao sistema de ar durante uma operação de 8000 horas.

Os compressores sem lubrificante têm geralmente um custo inicial mais elevado e custos de manutenção mais elevados ao longo do ciclo de vida do equipamento. O lubrificante só é necessário para os rolamentos e as engrenagens de sincronização, que são separados da câmara de compressão. Esta tecnologia de compressor não apresenta qualquer risco de migração de lubrificante para o ar de processo.

Dependendo da localização da entrada do compressor, os níveis de vapor de óleo em áreas industriais podem conter 20-30 ppm de aerossóis de hidrocarbonetos no ar. Os vapores de hidrocarbonetos, o principal componente da combustão de combustíveis fósseis, condensam-se num sistema de tubagem quando arrefecidos, formando um contaminante líquido.

Uma vez que o ar comprimido pode entrar em contacto direto e indireto com o processamento de alimentos, é necessário um elevado nível de filtragem. Recomenda-se um filtro coalescente de alta eficiência capaz de remover sólidos e líquidos. Deve ser capaz de remover aerossóis sólidos e líquidos de 0,01 mícrones ou mais.

O teor de óleo remanescente deve ser igual ou inferior a 0,007 ppm. Recomenda-se também um filtro de carvão ativado, instalado em série a jusante do filtro coalescente. O filtro de adsorção removerá vestígios de odores e vapores de óleo até 0,003 partes por milhão em peso. Esta combinação de filtros assegura que os níveis de filtragem especificados cumprem a norma ISO 8573.1 Classe 1 para a remoção de óleos e vapores.

Partículas sólidas

Numa área industrial geral, existem cerca de 4.000.000 de partículas transportadas pelo ar por pé cúbico de ar. Quando este ar ambiente é comprimido a 100 psig, a concentração de contaminação sólida atingirá proporções significativas. A maioria dos filtros de admissão de compressores de ar são classificados para capturar partículas vendidas de 4 a 10 microns de tamanho e maiores e têm uma eficiência de 90-95%. Aproximadamente 80% das partículas transportadas pelo ar são de 10 microns ou menos.

Os esporos, o pólen e as bactérias têm menos de 2 microns de tamanho. Isto pode parecer muito material particulado, mas tenha em mente que uma partícula sólida de 40 um de tamanho é pouco visível a olho nu. Mesmo um filtro de entrada bem conservado e mudado regularmente permite a entrada de partículas sólidas no sistema de ar.

As partículas sólidas devem ser removidas do ar de processo que serve a indústria alimentar. Nos circuitos de controlo pneumático, as partículas sólidas tapam os orifícios das válvulas de controlo, afectam a precisão da medição e arranham as paredes dos cilindros de ar, provocando fugas. As partículas podem restringir o fluxo através de bicos de jato de ar utilizados para limpar superfícies de preparação de alimentos ou afetar negativamente a consistência de revestimentos em aerossol aplicados a produtos alimentares.

Enfrentar o mais recente desafio: ISO 12500

A norma de qualidade do ar ISO 8573 está a servir bem a indústria ao aumentar a sensibilização do utilizador final para a forma de medir e definir a qualidade do ar comprimido. Com isto, o utilizador final pode tomar decisões informadas sobre o desempenho de filtragem necessário para gerar um determinado nível de qualidade. No entanto, esta norma não aborda a forma como os fabricantes devem testar e qualificar os filtros. As condições de concorrência não são equitativas e os consumidores ficam confusos. A norma de filtros ISO 12500 aborda este problema e estabelece a forma como os fabricantes testam e qualificam os filtros de ar comprimido.

A ISO 12500 é uma norma com várias partes, sendo que a ISO 12500-1 abrange o ensaio de filtros coalescentes para o desempenho de remoção de aerossóis de óleo, a ISO 12500-2 quantifica a capacidade de remoção de vapor dos filtros de adsorção e a ISO 12500-3 descreve os requisitos para o ensaio de filtros de partículas para a remoção de contaminantes sólidos.

Métodos de ensaio

De seguida, descrevem-se os métodos de ensaio do desempenho dos filtros sob o pretexto das normas ISO 12500.

• ISO 12500-1: 2007 - Filtros para ar comprimido - Parte 1: Aerossóis de óleo

  A norma ISO 12500-1 identificou duas concentrações opostas de aerossóis de óleo à entrada para determinar o desempenho e as características de queda de pressão dos filtros coalescentes. As concentrações de entrada, 10 mg/m3 e 40 mg/m3, foram seleccionadas para proporcionar uma ampla variação de desafio. O fabricante do filtro pode optar por publicar a data de desempenho numa das duas concentrações de entrada. A concentração de desafio selecionada aparecerá nos dados técnicos publicados.

  Nota: 1 mg / m³ = 0,84 ppm em peso

  O teste do filtro coalescente ISO 12500-1 começa com uma fonte de ar comprimido limpa e fiável.

  As condições de teste devem ser monitorizadas: pressão do ar de entrada: 101,5 psig (7 bar); temperatura do ar de entrada: 68 (F (20 (C)); temperatura ambiente: 68 (F (20 (C)).

  É efectuada uma medição inicial (a seco) da perda de carga. As quedas de pressão iniciais são relevantes para quantificar o custo de funcionamento nessa condição.

  Um gerador de bicos Laskin desenvolve um fornecimento de aerossóis com um perfil de distribuição de pico de 0,1 a 0,3 microns de tamanho. Os aerossóis desta gama são os mais difíceis de remover. Estes aerossóis de óleo são injectados na corrente de ar comprimido limpo.

  Um fotómetro de dispersão de luz branca mede a concentração a montante para garantir que a mistura cumpre o desafio aerossol de 10 mg/m3 ou 40 mg/m3. O ar entra então no filtro de tipo coalescente.

  Quando o filtro atinge o equilíbrio, frequentemente referido como "estado húmido", são efectuadas medições para determinar a eficiência do filtro. É utilizado um fotómetro de dispersão de luz branca para medir a penetração dos aerossóis de óleo através do elemento coalescente. A queda de pressão através da caixa do filtro é também medida e registada.

  São efectuadas três séries de leituras. O fabricante publica o valor médio de desempenho derivado dos três ensaios. Para uma dada concentração de óleo à entrada, o ensaio 12500-1 deve confirmar:

  Penetração de aerossóis de óleo (expressa em massa por unidade de volume (mg / m3))

  Eficiência de filtragem de aerossóis de óleo (expressa em percentagem (% capturado)

  Queda de pressão (Δp)

• ISO 12500-2: 2007 - Filtros para ar comprimido. Parte 2: Vapores de óleo.

  A norma ISO 12500-2 determina a capacidade de adsorção e a queda de pressão dos filtros de remoção de vapores de hidrocarbonetos. Os filtros de adsorção, que utilizam um meio de carvão ativado, têm a polaridade necessária para atrair os vapores de hidrocarbonetos de um fluxo de ar para uma superfície porosa. O processo de adsorção continuará até que o meio de carbono ativado seja completamente consumido. É efectuada uma medição de massa que confirma a capacidade de adsorção do filtro de remoção de vapores, expressa em miligramas de hidrocarbonetos adsorvidos.

  O teste do filtro de adsorção ISO 12500-2 começa com uma fonte de ar comprimido limpa e fiável.

  As condições de teste devem ser monitorizadas: pressão do ar de entrada: 101,5 psig (7 bar); temperatura do ar de entrada: 68 (F (20 (C)); temperatura ambiente: 68 (F (20 (C)).

  Um rotâmetro de precisão mede a concentração de n-hexano líquido. O n-hexano é amplamente utilizado em testes laboratoriais para a medição de hidrocarbonetos e possui as propriedades necessárias para os testes de filtro de adsorção, ou seja, é fácil de evaporar, incolor, com um odor ligeiro distinguível e fácil de medir.

  Um aquecedor vaporiza n-hexano líquido a 155,6 ° F (68 ° C). Quando aquecido, o n-hexano muda de fase e transforma-se em vapor. O ar enriquecido com vapor é injetado e misturado com a fonte de ar limpo.

  A mistura de ar e vapor de n-hexano entra no filtro de adsorção. Efectua-se uma medição inicial (a seco) da perda de carga. Nota: Os filtros de adsorção são concebidos para remover vapores e não contaminantes líquidos. O estabelecimento de uma queda de pressão a seco é útil para determinar o custo da operação.

  É utilizado um espetrómetro de infravermelhos para detetar a presença de vapor de n-hexano à saída do filtro.

  O filtro é monitorizado continuamente até que o vapor penetre através do elemento filtrante adsorvente. A ultrapassagem indica que o filtro foi completamente consumido e é incapaz de adsorver vapor adicional. É definido um valor de capacidade de adsorção (quantidade total adsorvida) em miligramas.

  Devem ser ensaiados três filtros do mesmo tamanho em condições idênticas. O fabricante publica o valor médio do desempenho derivado dos três ensaios.

• ISO 12500-3: 2009 - Filtros para ar comprimido - Parte 3: Partículas em suspensão

  Nota: Uma partícula de mícron mede 0,000039 de uma polegada. A norma ISO 12500-3 fornece orientações para ensaios e métodos para determinar a eficiência de remoção de filtros de partículas, por tamanho de partícula. Os filtros devem ser testados para partículas sólidas na gama de 0,01 40 um, para filtros de tipo grosseiro. O teste do filtro de partículas ISO 12500-3 começa com uma fonte limpa e fiável de ar comprimido.

  As condições de teste devem ser monitorizadas: pressão do ar de entrada: 101,5 psig (7 bar); temperatura do ar de entrada: 68 (F (20 (C)); temperatura ambiente: 68 (F (20 (C)).

  As medições iniciais da queda de pressão são efectuadas e registadas na caixa do filtro. Para gerar partículas sólidas para o ensaio, uma solução de sal é atomizada e depois seca, formando partículas de sal que variam de 0,050 a 0,1 microns de tamanho.

  Estas partículas são depois injectadas no fluxo de ar limpo. Um medidor de partículas de mobilidade de varrimento (SMPS) fornece uma contagem de partículas de alta resolução por tamanho e traça uma curva de distribuição para o desafio de entrada do filtro. O SMPS é também utilizado para medir a distribuição de partículas a jusante do filtro, determinando assim as características de penetração do filtro.

  A eficiência do filtro, por dimensão das partículas, pode ser calculada (expressa em percentagem (%).

  Devem ser ensaiados três filtros do mesmo tamanho em condições idênticas. O fabricante publica os valores médios de desempenho derivados dos três ensaios.

Complementando-se mutuamente para manter a qualidade do ar comprimido na indústria alimentar

A norma ISO 8573 continuará a beneficiar os utilizadores finais, definindo os níveis de qualidade do ar e os métodos para determinar os contaminantes presentes no seu sistema de ar. As normas de ensaio ISO 12500 beneficiarão os fabricantes de equipamentos de tratamento de ar comprimido, fornecendo os meios para separar comercialmente os produtos de filtragem através de um desempenho certificável.

Todos beneficiam, tendo em conta que a ISO, uma organização internacional de normalização global, continua a aperfeiçoar as suas normas para a melhoria e a boa qualidade do ar comprimido no sector alimentar e noutros sectores.

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