Trattamento dell'aria compressa

Sebbene l'aria come fonte energetica sia disponibile in tutto il mondo in quantità quasi illimitate, la sua qualità non è la stessa ovunque. L’aria è diversa in base alla zona climatica e per via della quantità di emissioni derivanti da traffico, industria, agricoltura e altro. Questi fattori vanno tenuti in considerazione nel trattamento dell’aria compressa. Un corretto trattamento dell'aria compressa può ridurre notevolmente i guasti e gli stati di fermo macchina. Tuttavia, non solo i macchinari necessitano di aria compressa pulita e asciutta. Come mezzo di processo, l’aria compressa deve infatti soddisfare determinati requisiti tecnici e quindi essere trattata nel modo più appropriato. Per questo motivo, la qualità necessaria dell'aria compressa dipende dalle specifiche esigenze dell'applicazione in cui è utilizzata.

Diversi processi per il trattamento dell'aria compressa

La norma ISO 8573-1 indica la quantità di contaminanti consentita per metro cubo di aria compressa. Le particelle solide, l'acqua e l’olio sono considerati i tre inquinanti principali dell'aria.

La classe di qualità dell'aria secondo la norma ISO 8573-1 è definita da 3 cifre, sulla base del corrispondente valore di questi tre contaminanti.

Di conseguenza, devono interagire diversi sistemi di trattamento dell'aria compressa. Particolare attenzione deve essere prestata anche alla contaminazione da germi e batteri. La norma DIN-ISO 8573-1, tuttavia, non fornisce alcuna indicazione sui valori limite per i microrganismi.

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Particelle

L'aria ambiente contiene sempre percentuali variabili di polveri, umidità, idrocarburi e microrganismi. Per produrre aria compressa, il compressore aspira l'aria ambiente e la comprime. Per effetto della compressione, i contaminanti risultano in concentrazione ancor più elevata nell'aria compressa rispetto all'aria ambiente.

La corretta concentrazione di particelle può essere raggiunta gradualmente attraverso filtri adeguati.

Umidità

L’acqua è il contaminante più problematico nell’aria compressa. Infatti, non solo è causa di corrosione, bensì stimola anche la crescita di microorganismi, che possono essere dannosi per gli utenti e provocare pericolose contaminazioni dei prodotti e dei processi.

Tramite essiccatori adeguati, è possibile ottenere il grado di umidità residua desiderato.

Olio

L'aria ambiente contiene olio in stato gassoso (vapore d’olio). I valori tipici di questo contaminante vanno da 0,05 mg/m³ a 0,5 mg/m³. In ambienti altamente inquinati, cittadini o industriali, il valore può essere anche superiore.

E' possibile ridurre e monitorare il tenore d’olio residuo attraverso opportuni sistemi di trattamento e misurazione.

Microrganismi

I sistemi d'aria compressa contengono elevate quantità di microrganismi e, in presenza di calore e umidità, rappresentano un ambiente di proliferazione ideale.

Germi e microorganismi possono essere rimossi dall’aria compressa mediante tecnologie avanzate di trattamento, come filtri sterili oppure catalizzatori.

Contaminanti nell'aria

Ad occhio nudo sono quasi impercettibili: pollini, germi, particelle d'impurità, fibre, aerosol d’olio nonché metalli pesanti come piombo o cadmio. I contaminanti presenti nell'aria ambiente possono pregiudicare il funzionamento del sistema d'aria compressa, la qualità dei prodotti e persino la salute dei consumatori.

Il compressore comprime l'aria ambiente aspirata fino al livello di pressione richiesto. Ma anche le contaminazioni in essa contenute vengono compresse. Senza un trattamento adeguato dell'aria compressa, gli inquinanti giungerebbero nell'impianto e, in base al processo di produzione, anche nel prodotto finale. Ecco perché il trattamento dell'aria compressa va considerato parte integrante della sicurezza di processo.

Filtrazione dell’aria compressa

Nell'ambito dei filtri per aria compressa, vengono utilizzati i termini più disparati. Talvolta i nomi sono specifici per produttore, altri sono praticamente diventati di uso comune oppure sono termini tecnici. Di seguito, vi illustriamo i più diffusi per determinati tipi di filtri.

Separatore d'acqua / separatore a ciclone

Il separatore a ciclone non è un vero e proprio filtro, bensì, come dice il nome stesso, un separatore. Infatti, esso trattiene i liquidi presenti nell’aria compressa e li separa tramite forza di gravità e forza centrifuga.

In altre parole, i separatori a ciclone acquisiscono grandi quantità di liquidi dal sistema, alleggerendo dunque la pressione sugli essiccatori a valle. Questi liquidi sotto forma di condensa devono poi essere scaricati e trattati in modo adeguato (gestione della condensa).

Filtrazione ad umido / Filtro a coalescenza

I filtri a coalescenza più diffusi combinano varie tecniche di filtrazione per ottenere risultati ottimali. Spesso, vengono utilizzati materiali filtranti in tessuto non tessuto con proprietà diverse e processi di produzione adeguati (plissettatura, avvolgimento, ecc.). I produttori cercano di separare in un unico corpo sia le particelle, che le gocce e gli aerosol di acqua e di olio. Le seguenti illustrazioni mostrano come funziona questo procedimento.

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Filtrazione superficiale

Le particelle più grandi della distanza tra le fibre del materiale filtrante in tessuto non tessuto vengono direttamente trattenute tra queste fibre, ovvero intrappolate come in un setaccio. Poiché ciò di norma avviene in superficie, spesso si parla di filtrazione superficiale.

Filtrazione profonda

Nella filtrazione profonda, la cosiddetta separazione a ciclone, le particelle solide e gli aerosol penetrano nel letto filtrante. Qui, urtano contro tante fibre sottili e perdono energia cinetica, diventando sempre più lente, e rimangono infine intrappolate tra le fibre.

Moto browniano

Gli aerosol aerosol più piccoli si scontrano con le fibre attraverso il movimento browniano e vengono trasportati nella direzione del flusso d'aria compressa fino alla parete esterna della fibra, dove si uniscono per formare goccioline più grandi. Le gocce così formate si concentrano nello strato di drenaggio del filtro saturo d'acqua e confluiscono in un contenitore di raccolta, dal quale devono essere scaricati come condensa di aria compressa.

Filtrazione a più stadi

Per migliorare il risultato della filtrazione, possono essere collegati in serie più filtri antiparticolato. Il filtro più grossolano va sempre installato prima di quello più fine. Questa procedura viene denominata anche “filtrazione multistadio”, poiché, livello dopo livello, si ottiene la qualità desiderata. BEKO TECHNOLOGIES offre filtri a coalescenza con tre livelli di filtrazione:

	Aerosol d'olio			-	Particelle
Grado di filtrazione	Tasso di separazione degli aerosol d'olio	Concentrazione in entrata	Concentrazione in uscita	-	Separazione particelle	Dimensioni particelle	Classe secondo ISO 8573-1
Filtro grossolano C	84,00 %	30 mg/m³	<=5 mg/m³	-	99,00 %	2,0 -5,0 µm	4. - 4.
Filtro fine F	99,50 %	10 mg/m³	0,05 mg/m³	-	99,83 %	0,5 -2,0 µm	2. - 2.
Filtro superfine S	99,95 %	10 mg/m³	0,005 mg/m³	-	99,98 %	0,1 -0,5 µm	1. - 2.*

* Per raggiungere la classe 1.-.1 secondo ISO 8573, di regola occorre un filtro supplementare a carbone attivo e anti-polvere, dato che i filtri a coalescenza non sono in grado di trattenere i vapori d'olio.

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Filtri a coalescenza e contenuto residuo di olio

In generale, quando si parla di filtri per aria compressa, si intendono i cosiddetti filtri a coalescenza. Come suggerisce il nome, in questo tipo di filtri le gocce piccole si "uniscono" in gocce più grandi, migliorando in tal modo la prestazione di separazione.

Il vapore d’olio, per esempio, è presente in una forma talmente “piccola”, che non può verificarsi alcuna coalescenza. Il vapore d’olio passa attraverso il filtro senza ostacoli. Nella norma ISO 8573-1 vengono considerati tutti gli "stati" dell’olio, ovvero liquido, aerosol e vapore. La classe di qualità 1 non può essere raggiunta utilizzando esclusivamente il filtro a coalescenza.

Un metodo più adeguato è l’adsorbimento oppure, in alternativa, il trattamento catalitico. Per maggiori informazioni, vedere la sezione aria compressa oil-free

Umidità nell’aria compressa

Con l'espressione “umidità dell’aria” si intende la percentuale di vapore acqueo presente nell’aria. L'umidità può variare nonostante la temperatura ambiente sia la stessa (clima desertico, clima tropicale). A una determinata temperatura, un certo volume d’aria può contenere solo una determinata quantità di vapore acqueo. Infatti, si distingue tra umidità massima, assoluta e relativa.

Si definisce punto di rugiada in pressione la temperatura alla quale un metro cubo d'aria, che si trova ad una determinata pressione, è saturo al 100% di vapore acqueo. Se l’aria compressa si raffredda al di sotto di tale temperatura, si formerà la condensa. Sebbene sia espresso come valore di temperatura, il punto di rugiada non corrisponde alla temperatura effettiva dell’aria. L’aria compressa con una temperatura pari a 35°C può avere, ad esempio, un punto di rugiada in pressione pari a -40°C.

Per le applicazioni dove l’umidità residua nell’aria compressa rappresenta un criterio di qualità, il punto di rugiada in pressione è un parametro importante.

Un’umidità residua troppo elevata deteriora la qualità della verniciatura, ad esempio per la formazione di bolle.
Prodotti igroscopici che assorbono acqua, come polveri, spezie, sale e zucchero, formano grumi durante il processo produttivo.
In ambienti freddi e non protetti, l’umidità nell’aria compressa può causare il congelamento delle valvole di controllo e la corrosione dei dispositivi pneumatici.

Le procedure di essiccazione dell'aria compressa

Molti utenti non sanno che, durante l’utilizzo di un sistema d'aria compressa, si genera molta acqua. Grandi quantità di aria atmosferica umida vengono compresse nel compressore e fuoriescono come aria compressa satura al 100 percento di vapore acqueo. Poiché l’aria compressa viene immagazzinata in appositi serbatoi e poi si sposta nella rete di tubature, si raffredda e il vapore si condensa in acqua allo stato liquido che, a sua volta, forma anche aerosol o nebbia. L’installazione di separatori a ciclone riduce l’acqua liquida nel flusso dell'aria compressa e i filtri a coalescenza riducono gli aerosol d’acqua, tuttavia la filtrazione da sola non è sufficiente alla rimozione dell'acqua. Se vengono impiegati solamente i separatori a ciclone, la classificazione migliore possibile dell'aria per contenuto d'acqua in base a ISO8573-1 sarà la classe 6.

Per ridurre il vapore acqueo si utilizza un essiccatore. In questo ambito, si sono affermate tre procedure: essiccazione a ciclo frigorifero, a membrana e ad adsorbimento. I criteri per selezionare l'essiccatore più adatto sono: punto di rugiada in pressione, portata, tipologia di applicazione e qualità dell’aria compressa richiesta, nonché l’efficienza del sistema e i costi a esso correlati.

Tipologia	Essiccatore a ciclo frigorifero	Essiccatore a membrana	Essiccatore ad adsorbimento
Punto di rugiada in pressione	Compreso tra +3°C e +10°C	Compreso tra +10°C e -40°C	Compreso tra -20°C e -70°C
Portata	Da 20 a 17.600 m³/h circa	Da 20 a 2.250 l/min circa	Da 10 a 100.000 m³/h circa
Principio di funzionamento	Compressore e scambiatore di calore con principio di condensazione	L’umidità viene scaricata nell’aria ambiente tramite aria di purga	L’umidità viene assorbita tramite un materiale adsorbente
Nota	Non adatto a temperature ambiente al di sotto del punto di congelamento	Gli essiccatori possono essere utilizzati anche a valle di distributori di aria compressa soggetti a congelamento	Ampia gamma di punti di rugiada in pressione e portate disponibili

Gli essiccatori a ciclo frigorifero vengono utilizzati di norma all’inizio del sistema d'aria compressa, a valle di una separazione a ciclone e uno scarico della condensa adeguati. Gli essiccatori a membrana vengono spesso posizionati nelle vicinanze dell’applicazione, ovvero del punto di utilizzo dell'aria; talvolta vengono utilizzati a supporto dell’essiccatore a ciclo frigorifero, come cosiddetti “essiccatori finali” per piccole portate. Gli essiccatori ad adsorbimento vengono utilizzati all’inizio dell'impianto d'aria compressa oppure in prossimità dell’applicazione e sono adatti a portate più elevate.

Lo sapevi? Punto di rugiada in pressione e perdite d'aria

Il punto di rugiada in pressione è un parametro importante e un criterio qualitativo da tenere in considerazione nel trattamento dell’aria compressa. La normale aria ambiente con una pressione atmosferica di 1 bar può assorbire molta più umidità rispetto all’aria compressa. Il punto di rugiada in pressione cresce all’aumentare della pressione di sistema e viceversa.

Se nell'impianto dell'aria compressa sono presenti delle fughe, il punto di rugiada in pressione peggiora. La qualità dell'aria compressa ottenuta tramite complessi processi di essiccazione viene quindi nuovamente ridotta. Localizzare e risolvere le perdite è importante non solo per ragioni economiche, ma anche per la sicurezza di processo.

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Olio e germi nell’aria compressa

In molti stabilimenti produttivi, l’aria compressa entra direttamente o indirettamente a contatto con linee di produzione, prodotti e imballaggi (in particolare nel settore alimentare e delle bevande, farmaceutico ed elettronico). Le contaminazioni provenienti da olio, microorganismi e germi hanno enormi conseguenze sulla qualità dei prodotti, sulla sicurezza dei consumatori e sulla reputazione aziendale.

Con prodotti sensibili, servono una protezione efficace dalla penetrazione di olio nel sistema d'aria compressa e un'elevata sicurezza di processo: per questo, l'interazione svolge un ruolo fondamentale. Infatti, solo il perfetto equilibrio tra i diversi componenti di trattamento garantisce la qualità dell’aria compressa desiderata. Spesso vengono sottovalutate le possibili fonti di contaminazione.

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Nel trattamento dell’aria compressa, molti processi interagiscono tra loro. La giusta sequenza e progettazione, nonché il corretto dimensionamento dei componenti implicati, sono decisivi per la massima qualità, e un trattamento efficiente contribuisce in modo significativo alla riduzione dei costi operativi.

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