Sprężone powietrze może sterować siłownikiem, transportować surowiec sypki, przedmuchiwać opakowanie albo bezpośrednio uczestniczyć w procesie produkcyjnym. Każde z tych zastosowań stawia instalacji inne wymagania.
W przemyśle spożywczym jakość sprężonego powietrza wpływa nie tylko na trwałość maszyn. Jeżeli powietrze ma kontakt z żywnością, opakowaniem lub strefą produktu, jego zanieczyszczenie może wpływać również na bezpieczeństwo i jakość gotowego wyrobu.
Kontroli wymagają przede wszystkim cząstki stałe, woda i olej. Trzeba także uwzględnić zagrożenia mikrobiologiczne, szczególnie tam, gdzie wilgoć może tworzyć warunki sprzyjające rozwojowi mikroorganizmów.
Dlatego dobór instalacji nie powinien zaczynać się od pytania: „jaka sprężarka?”. Najpierw trzeba ustalić, gdzie trafi sprężone powietrze, z czym będzie miało kontakt i jakiej jakości wymaga konkretny proces.
Gdzie wykorzystuje się sprężone powietrze w przemyśle spożywczym?
Sprężone powietrze może uczestniczyć bezpośrednio w procesie technologicznym albo zasilać automatykę odpowiedzialną za pracę linii.
W zależności od profilu zakładu wykorzystuje się je między innymi do:
- transportu pneumatycznego surowców sypkich,
- obsługi systemów napełniania i pakowania,
- przedmuchiwania opakowań,
- zasilania zaworów i siłowników pneumatycznych,
- sortowania i porcjowania,
- mieszania oraz napowietrzania,
- wspomagania wybranych procesów fermentacji,
- suszenia,
- obsługi maszyn produkcyjnych.
Nie każde zastosowanie wymaga takiej samej jakości powietrza. Powietrze napędzające siłownik poza strefą produktu pełni inną funkcję niż strumień wykorzystywany do transportowania składnika albo przedmuchiwania opakowania.
Dlatego ustalenie jednej klasy czystości dla całej instalacji nie zawsze będzie właściwym rozwiązaniem.
Dlaczego jakość sprężonego powietrza ma tak duże znaczenie?
Sprężarka zasysa powietrze atmosferyczne wraz z zawartymi w nim zanieczyszczeniami. Kolejne mogą pojawić się podczas sprężania, uzdatniania i przesyłania powietrza przez instalację.
Problemem nie jest więc wyłącznie olej pochodzący ze sprężarki.
W systemie mogą występować:
- cząstki stałe,
- wilgoć i kondensat,
- olej w różnych postaciach,
- mikroorganizmy,
- osady oraz produkty korozji instalacji.
W typowej pneumatyce przemysłowej zanieczyszczenia przyspieszają zużycie urządzeń. W przemyśle spożywczym dochodzi do tego ryzyko wpływu na produkt i proces produkcyjny.
Wilgoć może powodować korozję, sprzyjać problemom mikrobiologicznym oraz utrudniać procesy technologiczne. W przypadku produktów sypkich może na przykład prowadzić do ich zbrylania.
Dlatego jakość sprężonego powietrza trzeba określić już podczas projektowania lub modernizacji instalacji.
Kontakt bezpośredni, pośredni czy brak kontaktu z produktem?
Jednym z pierwszych kroków powinno być określenie, w jaki sposób sprężone powietrze uczestniczy w procesie.
Bezpośredni kontakt z żywnością
Do bezpośredniego kontaktu dochodzi, gdy strumień sprężonego powietrza trafia na produkt albo uczestniczy w procesie, w którym zanieczyszczenia mogą zostać przeniesione do żywności.
Może to dotyczyć między innymi transportu pneumatycznego składników, przedmuchiwania oraz części procesów napełniania i pakowania.
W takich punktach trzeba szczególnie dokładnie kontrolować cząstki stałe, wodę i olej oraz uwzględnić ryzyko mikrobiologiczne.
Pośredni kontakt z produktem
Inna sytuacja występuje, gdy sprężone powietrze nie jest celowo kierowane na żywność, ale pracuje w jej bezpośrednim otoczeniu lub w strefie produkcyjnej.
W takim przypadku również trzeba sprawdzić, gdzie odprowadzane jest powietrze i czy wskutek nieszczelności lub sposobu działania urządzenia może przedostać się do strefy produktu albo opakowania.
Zastosowania bez kontaktu z żywnością
Niektóre odbiorniki wykorzystują sprężone powietrze poza strefą produktu. Wymagania mogą być wtedy inne, jednak nadal trzeba zapewnić parametry odpowiednie dla urządzeń i warunków pracy.
Podział odbiorników według sposobu kontaktu z produktem pozwala dobrać jakość powietrza do rzeczywistego ryzyka zamiast narzucać jeden poziom uzdatniania całemu zakładowi.
Jakie zanieczyszczenia trzeba kontrolować w sprężonym powietrzu?
ISO 8573-1 klasyfikuje czystość sprężonego powietrza przede wszystkim pod względem trzech grup zanieczyszczeń: cząstek stałych, wody oraz oleju.
Każda z nich wymaga innego podejścia.
Cząstki stałe
Cząstki mogą przedostawać się do instalacji wraz z zasysanym powietrzem. Ich źródłem mogą być również rurociągi, osady i korozja.
W instalacji produkcyjnej zwiększają zużycie komponentów, a w przypadku kontaktu sprężonego powietrza z produktem pojawia się dodatkowe ryzyko zanieczyszczenia żywności.
Woda i wilgoć
Powietrze atmosferyczne zawiera parę wodną. Po sprężeniu i późniejszym schłodzeniu część wilgoci może się skroplić.
Dlatego samo usunięcie kondensatu nie rozwiązuje problemu. Trzeba również kontrolować ilość pary wodnej pozostającej w sprężonym powietrzu.
Do oceny poziomu osuszenia wykorzystuje się ciśnieniowy punkt rosy.
Olej
Olej może występować w postaci cieczy, aerozolu lub pary. Ma szczególne znaczenie w punktach, w których powietrze może mieć kontakt z produktem.
Nie można jednak analizować wyłącznie konstrukcji sprężarki. Zanieczyszczenia węglowodorowe mogą pochodzić również z powietrza zasysanego z otoczenia.
Dlatego jakość trzeba rozpatrywać dla całego systemu sprężonego powietrza.
Punkt rosy w przemyśle spożywczym – dlaczego nie wystarczy sam osuszacz?
Osuszacz ma ograniczyć zawartość wilgoci w sprężonym powietrzu. Sama obecność urządzenia nie daje jednak pewności, że wymagany parametr jest stale utrzymywany.
O tym informuje ciśnieniowy punkt rosy, czyli temperatura, przy której przy danym ciśnieniu para wodna zaczęłaby się skraplać.
Im niższy ciśnieniowy punkt rosy, tym bardziej suche jest sprężone powietrze.
Co istotne, większość osuszaczy (szczególnie osuszaczy ziębniczych) nie jest wyposażona w czujnik punktu rosy – wskazania na ich sterownikach zazwyczaj są oparte o zwykły czujnik temperatury!
W zakładzie spożywczym ma to znaczenie z kilku powodów. Nadmierna wilgoć może:
- zwiększać ryzyko kondensacji w instalacji,
- sprzyjać korozji,
- tworzyć warunki korzystne dla rozwoju mikroorganizmów,
- powodować problemy z produktami higroskopijnymi i sypkimi,
- wpływać na stabilność wybranych procesów produkcyjnych.
Dlatego kontrola wilgoci nie powinna kończyć się na prawidłowym doborze osuszacza.
Monitoring punktu rosy – jak kontrolować pracę instalacji?
“Czujnik punktu rosy to najtańsza polisa ubezpieczeniowa dla zakładów produkcyjnych”
W procesach, w których wilgoć stanowi istotne zagrożenie, warto monitorować ciśnieniowy punkt rosy podczas eksploatacji instalacji.
Czujnik punktu rosy pozwala sprawdzić, czy osuszacz rzeczywiście utrzymuje wymagany poziom osuszenia powietrza.
Monitoring może umożliwiać:
- bieżący pomiar ciśnieniowego punktu rosy,
- obserwację zmian parametru w czasie,
- wychwycenie pogarszającej się pracy osuszacza,
- ustawienie alarmu po przekroczeniu przyjętej wartości,
- dokumentowanie parametrów procesu,
- szybszą reakcję przed pojawieniem się kondensatu lub problemów jakościowych.
To szczególnie istotne w instalacjach, w których odpowiedni poziom wilgoci wynika z analizy ryzyka lub wymagań konkretnego procesu.
Sam okresowy przegląd osuszacza nie pokazuje, co działo się z parametrem pomiędzy kolejnymi kontrolami. Stały lub regularny monitoring daje znacznie lepszy obraz pracy instalacji.
Miejsce pomiaru również ma znaczenie. Punkt rosy można kontrolować za osuszaczem, a przy bardziej wymagających procesach także w wybranych punktach instalacji lub w pobliżu krytycznych odbiorników.
Monitoring powinien więc odpowiadać na konkretne pytanie: czy sprężone powietrze docierające do procesu utrzymuje wymagany poziom osuszenia?
Co mówi ISO 8573-1 o jakości sprężonego powietrza?
ISO 8573-1 pozwala sklasyfikować czystość sprężonego powietrza pod względem zawartości cząstek stałych, wody i oleju resztkowego.
Klasę czystości zapisuje się poprzez wartości odpowiadające poszczególnym grupom zanieczyszczeń.
Ma to praktyczne znaczenie, ponieważ samo określenie „czyste powietrze” nie mówi, jakie parametry trzeba osiągnąć. Dwa procesy mogą wymagać innej zawartości cząstek, innego poziomu osuszenia oraz innego poziomu oleju.
ISO 8573-1 nie narzuca jednej uniwersalnej klasy dla całego przemysłu spożywczego. Wymagania należy określić na podstawie konkretnego zastosowania i analizy ryzyka.
Podobnej ostrożności wymaga określenie Class 0. Nie oznacza ono automatycznie absolutnego braku zanieczyszczeń. Wymagany poziom trzeba zdefiniować i udokumentować dla konkretnego zastosowania.
W praktyce warto zachować kolejność:
proces → zagrożenia → wymagane parametry powietrza → uzdatnianie → monitoring → dobór urządzeń.
Dzięki temu instalacja odpowiada rzeczywistym potrzebom procesu.
Sprężone powietrze a HACCP – co trzeba uwzględnić?
Jeżeli sprężone powietrze może wpływać na produkt lub jego otoczenie, należy uwzględnić je podczas analizy zagrożeń prowadzonej w zakładzie.
Potencjalne zagrożenia można rozpatrywać w trzech grupach.
Zagrożenia fizyczne
Obejmują cząstki i osady, które mogą dostać się do strumienia powietrza.
Zagrożenia chemiczne
Mogą wiązać się między innymi z obecnością oleju.
Zagrożenia biologiczne
Dotyczą mikroorganizmów oraz warunków umożliwiających ich rozwój. W tym przypadku szczególnego znaczenia nabiera kontrola wilgoci i punktu rosy.
Nie oznacza to, że każdy filtr, osuszacz czy czujnik punktu rosy automatycznie staje się Krytycznym Punktem Kontroli.
Sposób nadzorowania instalacji powinien wynikać z analizy konkretnego procesu.
Zakład powinien umieć odpowiedzieć na trzy podstawowe pytania:
- jakiej jakości sprężonego powietrza potrzebuje,
- w jaki sposób instalacja zapewnia wymagane parametry,
- w jaki sposób potwierdza, że parametry są utrzymywane podczas produkcji.
Jak uzdatniać sprężone powietrze w zakładzie spożywczym?
Nie istnieje jeden element, który usuwa wszystkie rodzaje zanieczyszczeń.
W zależności od wymaganej jakości instalacja może wykorzystywać między innymi:
- separatory wody,
- filtry koalescencyjne,
- osuszacze ziębnicze lub adsorpcyjne,
- filtry cząstek stałych,
- filtry z węglem aktywnym,
- filtry sterylne.
Każdy element pełni inną funkcję.
Separator usuwa skroploną wodę, ale nie usuwa pary wodnej. Filtr koalescencyjny służy między innymi do ograniczania aerozoli, ale nie zastąpi osuszacza. Węgiel aktywny może z kolei ograniczać pary oleju.
Nie chodzi więc o zastosowanie jak największej liczby stopni uzdatniania. System powinien usuwać konkretne zanieczyszczenia do poziomu wymaganego w punkcie wykorzystania powietrza.
Tam, gdzie wymagania są najwyższe, dodatkowe uzdatnianie można zastosować bliżej konkretnego odbiornika.
Sprężarka olejowa czy bezolejowa do przemysłu spożywczego?
Nie ma jednej odpowiedzi właściwej dla wszystkich procesów.
Kiedy rozważyć sprężarkę bezolejową?
Technologia bezolejowa eliminuje olej z komory sprężania jako jedno z potencjalnych źródeł zanieczyszczenia.
Ma to szczególne znaczenie tam, gdzie sprężone powietrze ma kontakt z żywnością albo proces wymaga ograniczenia ryzyka olejowego już na etapie wytwarzania powietrza.
Nie oznacza to jednak rezygnacji z uzdatniania.
Sprężarka bezolejowa nadal zasysa powietrze atmosferyczne i nie usuwa automatycznie wilgoci, cząstek ani innych zanieczyszczeń. Nadal trzeba więc odpowiednio dobrać filtrację i osuszanie.
Kiedy można zastosować sprężarkę olejową?
Sprężarka olejowa może pracować w przemyśle spożywczym, jeśli pozwalają na to wymagania procesu i przeprowadzona analiza ryzyka.
W takim systemie trzeba dobrać uzdatnianie odpowiednie do wymaganej jakości powietrza. Mogą być potrzebne między innymi filtry koalescencyjne, filtry z węglem aktywnym i odpowiednie osuszanie.
Jeśli środek smarny może mieć incydentalny kontakt z żywnością, stosuje się oleje przeznaczone do takich zastosowań, np. posiadające rejestrację NSF H1.
Rejestracja H1 dotyczy jednak środka smarnego. Nie oznacza automatycznie określonej klasy czystości sprężonego powietrza.
Ostatecznie liczy się jakość osiągana w punkcie wykorzystania.
Jak dobrać sprężarkę do zakładu spożywczego?
Wymagana czystość powietrza jest jednym z kryteriów, ale nie jedynym.
Sprężarka musi również zapewnić odpowiedni przepływ i ciśnienie. Trzeba uwzględnić nie tylko średnie zapotrzebowanie, ale również zmiany poboru podczas różnych etapów produkcji.
Przed wyborem urządzenia trzeba odpowiedzieć na kilka pytań:
- Do czego będzie używane sprężone powietrze? Inne wymagania ma pneumatyka pomocnicza, a inne transport produktu.
- Czy powietrze może zetknąć się z żywnością lub opakowaniem? Trzeba uwzględnić także możliwość kontaktu przypadkowego.
- Jakiej jakości powietrza wymaga proces? Należy określić wymagania dotyczące cząstek, wody i oleju.
- Jaki punkt rosy trzeba utrzymywać? Odpowiedź wpływa na dobór technologii osuszania i sposób monitorowania instalacji.
- Jakiego przepływu i ciśnienia wymagają odbiorniki? Sprężarka musi obsłużyć rzeczywiste zapotrzebowanie – niedowymiarowanie zaszkodzi ciągłości produkcji, ale przewymiarowanie skutkuje zawyżeniem kosztów energii.
- Czy pobór mocno zmienia się w czasie? Profil zapotrzebowania wpływa na dobór urządzenia i sposób regulacji.
- Gdzie znajdują się odbiorniki o najwyższych wymaganiach? Czasami dodatkowe uzdatnianie i monitoring warto zastosować lokalnie.
Błędem jest zakup urządzenia wyłącznie na podstawie mocy silnika albo ceny.
Sprężarka, osuszacz, filtry, zbiornik, instalacja dystrybucyjna, system monitoringu i odbiorniki tworzą jeden układ.
Jak utrzymać wymaganą jakość sprężonego powietrza?
Prawidłowo zaprojektowana instalacja wymaga kontroli także podczas eksploatacji.
Filtry się zużywają. Parametry osuszacza mogą się zmieniać. W rurociągach mogą pojawiać się osady lub korozja. Zakład może również rozbudowywać instalację i podłączać kolejne odbiorniki.
Dlatego eksploatacja powinna obejmować między innymi:
- kontrolę parametrów istotnych dla procesu,
- monitoring punktu rosy tam, gdzie wilgoć ma znaczenie,
- przeglądy osuszaczy,
- regularną wymianę wkładów filtracyjnych,
- kontrolę spadków ciśnienia,
- okresową ocenę instalacji dystrybucyjnej,
- weryfikację jakości powietrza zgodnie z wymaganiami procesu.
Szczególnie użyteczna jest obserwacja trendów. Stopniowe pogarszanie się punktu rosy albo wzrost spadku ciśnienia może wskazać problem, zanim przełoży się on na parametry procesu.
Dzięki temu monitoring pełni nie tylko funkcję kontroli jakości, ale pomaga również planować serwisy w instalacji.
Jak podejść do sprężonego powietrza w zakładzie spożywczym?
Najdroższy system nie musi być najlepszy. Instalacja powinna zapewniać wymaganą jakość sprężonego powietrza dokładnie tam, gdzie wymaga tego proces.
Najpierw trzeba określić zastosowania powietrza i potencjalne punkty kontaktu z produktem. Następnie ustala się wymagania dotyczące cząstek, oleju i wilgoci, wymagany punkt rosy, przepływ oraz ciśnienie.
Dopiero na podstawie tych danych dobiera się sprężarkę, osuszanie, filtrację i sposób monitorowania parametrów.
W MARCOM TECH możemy dobrać sprężarkę i system uzdatniania do wymagań konkretnego procesu. Analizujemy nie tylko zapotrzebowanie na przepływ i ciśnienie, ale również wymagania dotyczące jakości powietrza oraz sposobu kontroli parametrów instalacji.
