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FILTRACION PARA LIQUIDOS Y GASES ESTERILES
Filtración para líquidos y gases estériles, como proteger nuestros equipos y nuestros procesos productivos
Después de leer el documento redactado por Richard Juskowiak de la división de procesos de Donaldson, creemos que es muy interesante hacer un resumen del mismo, añadiendo otros datos sobre filtración de aire estéril y cuál es su importancia.
Para dar respuesta a estas necesidades, Donaldson lanzó la línea de productos LifeTec™, que mejora notablemente el volumen de rendimiento, la integridad, el ciclo de vida y la sustitución de filtros.
Los elementos filtrantes LifeTec™ están estructurados mediante formas de diamante y triangulaciones que resisten fuerzas que podrían romper o debilitar el elemento, permitiendo una mayor resistencia a la presión diferencial cuando se dan altos volúmenes de procesamiento con una periodicidad diaria.
Los compresores de aire producen humedad y calor, que junto con el aceite crean el ambiente ideal para el desarrollo de entidades microscópicas.
Los fabricantes se enfrentan a diversos factores que deben de tener en cuenta al elegir los equipos que mejoren la calidad del aire en sus instalaciones.
Siempre se debe de actuar desde la entrada hasta el punto de uso. Siguiendo el orden de instalación, vamos a definir los filtros de una instalación.
Sala de compresores:
El filtro de entrada retiene partículas de más de 5 micras pero sin embargo, esta eficiencia de filtración no puede evitar que las partículas más pequeñas como pueden ser hidrocarburos y aceites ligeros, pasen.
Los compresores, antes del secado, tienen un punto de rocío de 82,2 ºC o superior. Para poder enfriar el aire a 37,8 ºC se produce una condensación de más del 80% del agua. Generalmente se separan todos los aerosoles líquidos mediante un separador centrífugo y posteriormente se instala un filtro coalescente.
En la fase de secado, un secador frigorífico tiene un punto de rocío de 3,3 ºC. Si las tuberías de alimentación se encuentran a la intemperie o si se requiere que la mayor parte del aire esté muy seco, necesitaremos un punto de rocio de -40ºC. Cuando manejamos grandes caudales, los secadores frigoríficos son la opción preferencial, pudiéndose instalar secadores de secado en líneas secundarias, para reducir a pérdida de carga y/o los costes de sustitución del desecante.
Que filtros instalar y donde.
Debemos de instalar prefiltros de profundidad antes del filtro final para evitar una corta vida de los elementos filtrantes o un mantenimiento frecuente. Aunque un solo filtro reduce la pérdida de carga, instalar prefiltros siempre es una opción recomendable cuando el filtro final tiene una alta eficiencia.
Los prefiltros de profundidad eliminarán las partículas más groseras y aportarán una menor perdida de carga, protegiendo el filtro final y alargando su vida útil.
Cuando necesitamos tener un aire con calidad estéril debemos de seguir los estándares establecidos para reducir el riesgo de que los productos puedan verse afectados por causa de la contaminación por microorganismos.
En el caso del aire estéril, la recomendación de Donaldson es instalar una prefiltración, un secado, una filtración en el punto de uso y por último un filtro para aire estéril.
Los contaminantes presentes de forma natural en el ambiente se acumulan en el compresor. Además, la acción mecánica del compresor introducte aún más partículas y aerosoles de aceite.
Cuando el aire se enfría en el depósito, generalmente gana un 100% de saturación con vapor de agua que forma condensación. Esta condensación es arrastrada aguas abajo en forma de pequeñas gotas aerosolizadas, sobrecargando y dañando los secadores frigoríficos y el desecante. Instalar una etapa de prefiltración Donaldson con un separador ciclónico y filtros coalescentes mitigará este efecto.
Una vez que el aire ha pasado por el prefiltro, necesitamos eliminar los aerosoles de aire, aceite y las partículas de un tamaño inferior a 5 micras.
Secador de aire comprimido de adsorción en frío Ultrapac Smart™
El secador Ultrapac™ Smart utiliza un material adsorbente igroscópico que se regenera sin calor, haciendo posible un importante ahorro de costes, contra lo que un secador refrigerado no puede competir. El secador Ultrapac™ Smart contiene un prefiltro paraproteger el desecante y un posfiltro para proteger el equipo por debajo.
Su diseño modular, comunicación inteligente y su bajo nivel de sonoridad, hace de él un equipo imbatible.
El secador Ultrapac Smart impresiona por las diversas formas en que se pueden disponer sus módulos y las variantes flexibles de instalación. Ya sea de pie, en posición vertical, horizontal o sujeto a la pared: el Ultrapac Smart puede personalizarse para adaptarse a la mayoría de las condiciones espaciales.
Además, las conexiones de entrada y salida de aire comprimido pueden alinearse en distintas direcciones y el prefiltro y el posfiltro están integrados en el secador para ofrecer la máxima flexibilidad durante la instalación.
Por último, la filtración en el punto de uso se encargará de la eliminación de las bacterias. Además, debemos de tener en cuenta que es posible que en las tuberías de conexión entre los prefiltros y el filtro final en el punto de uso, existan contaminantes. Un filtro de aire estéril puede ser dañado por estas partículas debido a la alta velocidad que pueden alcanzar. Donaldson recomienda utilizar un filtro coalescente de calidad M o S y un filtro de carbón activado. El filtro de carbón activado adsorbe vapor de hidrocarburo, perfume, cítricos, ácido sulfúrico, tolueno y metanol, que pueden afectar al sabor del producto final.
Un secador de adsorción o refrigerado son la opciones que Donaldson pone a nuestro alcance.
Después de haber sido prefiltrado, secado y filtrado de partículas de gran tamaño antes de entrar en contacto con el producto, el aire debe de ser filtrado con un filtro de aire estéril. Donaldson dispone de filtros finales para aire estéril diseñados específicamente para eliminar más del 99,99998% de los contaminantes equivalentes al tamaño de las bacterias.
El filtro para aire estéril P-SRF de Donaldson tiene una eficacia de filtración del 99,99998% o más, para partículas de 0,2 micras o inferiores. ¿Por qué Donaldson clasifica la eficiencia en partículas de 0,2 micras?. Sencillamente porque está demostrado que un filtro captura las partículas de 0,01 micras con mucha mayor facilidad que las de 0,2 micras.
Para evitar que las bacterias se reactiven, dado que están atrapadas en el filtro, debemos de protegernos mediante la instalación de un autoclave, siendo también recomendable esterilizar filtros y carcasas también.
El vapor saturado es ideal para la esterilización de filtros porque la liberación de calor a una temperatura constante es capaz de desnaturalizar las proteínas intracelulares de los microorganismos, inhabilitándolos. Es importante filtrar este vapor. Donaldson dispone de dos tipos de filtros de vapor para producir vapor culinario; el filtro de acero inoxidable sinterizado P-GS y el filtro de acero inoxidable plisado P-GSL N.
El filtro para aire estéril no genera presión diferencial por lo que es necesario realizar mediciones periódicas para detectar contaminación microbiana y según su resultado, proceder al cambio de elemento filtrante.
La humedad es otro contaminante que debemos filtrar. Cuando hablamos de filtración de aire comprimido, a simple vista parece que lo importante es filtrar los contaminantes sólidos contenidos en el caudal de aire comprimido, sin embargo, filtrar el agua, tanto en estado líquido como en forma de vapor puede ser el principal objetivo de la filtración. No se suele tener en cuenta porque el agua puede aparecer o desaparecer según las condiciones de temperatura que se den.
Donaldson dispone de productos diseñados específicamente para filtrar el agua en cualquiera de las formas que pueda presentarse, tratarla y descargarla de forma automática.
Existen varios métodos de eliminación de agua, expansión, refrigeración y adsorción.
Para que la expansión funcione, debe de instalarse un filtro coalescente delante del regulador de presión. En algunas aplicaciones, también deberemos de instalar un filtro de partículas hacia abajo del regulador ya que este puede generar partículas que contaminen el proceso y pongan en riesgo el equipo.
La refrigeración es otro método de eliminar agua mediante un secador de aire refrigerado. Es importante proteger el secador contra el agua condensada o el aceite mediante la utilización de un filtro coalescente.
La adsorción es el método ideal para obtener el aire más seco. La adsorción utiliza desecantes para absorber el vapor de agua en el flujo de aire. Los secadores de desecante Donaldson son la solución completa que incluye la prefiltración y la postfiltración que garantizarán el rendimiento del sistema y la calidad del aire.
Es recomendable establecer un procedimiento de cambio de filtros adecuado a las necesidades particulares de cada caso.
Retrasar los cambios de filtros pueden dar lugar a la creación de contaminación por moho y bacterias. Si lo hacemos antes de tiempo, incurriremos en gastos innecesarios y en un tiempo de inactividad no justificado.
Con un programa de cambios ganaremos en seguridad y rentabilidad del sistema.
Donaldson recomienda los siguientes pasos para establecer un proceso de evaluación y programación de tiempos de cambio:
Las pautas para una sustitución de filtros, suelen estar basadas en los ciclos de esterilización que el filtro puede tolerar. La mayoría de filtros del mercado admiten entre 80. Y 90 ciclos de esterilización por vapor, los filtros con tecnología patentada LifeTec™ de Donaldson admiten 100 o más ciclos.
Además, hay que tener en cuenta factores como los recursos particulares o la estacionalidad. Los climas húmedos pueden exigir un uso más intenso del separador ciclónico y los filtros coalescentes. El agua del pozo requerirá mayores exigencias para los prefiltros que el agua de red.
La primera manera de establecer un programa de sustitución de filtros es el control de la pérdida de carga. La pérdida de carga es la diferencia de presión entre la entrada y la salida del filtro, lo que nos indica la restricción que está causando nuestro filtro. Por ejemplo, si un filtro tiene una pérdida de carga de entre 1 o 2 psi, puede alargar su sustitución hasta los 10 psi. Nosotros decidiremos el momento del cambio atendiendo a los efectos que esta pérdida de carga produce ya que a medida que la pérdida de carga aumente, las bombas deben de realizar un mayor esfuerzo y por lo tanto tendrán un mayor consumo de energía. Si los filtros no se cambian, correremos el riesgo de tener paradas de producción no programadas, con su consiguiente costo.
Donaldson puede ayudarle a realizar la evaluación y desarrollar un plan de mantenimiento preventivo personalizado, minimizando los periodos de inactividad y mejorando el rendimiento de sus filtros.
Donaldson reconoció en una fase muy temprana de investigación y desarrollo, que la interacción de la filtración y la presión diferencial podía diseñarse a través de estructuras del medio filtrante, consiguiendo considerables ahorros de energía.
La tecnología UltraPleat™ de Donaldson, reduce el diferencial de presión más de un 50%.
Esta tecnología utiliza una estructura de fibras recubiertas de alta tecnología, que se procesas en un medio filtrante plisado con una alta eficacia de separación de partículas líquidas y una gran capacidad de absorción de partículas sólidas.
La estructura multicapa se diseñó de forma que se obtuvieran las condiciones óptimas al paso del fluido, y al mismo tiempo, se dispusiera de una superficie filtrante más de un 400% mayor con los medios filtrantes enrollados.
Ventaja económica de la tecnología UltraPleat™. Una presión diferencial inferior a sólo 300 mbar. Durante 8.000 horas de funcionamiento ahorra unos 4.700€ al año. ( 7 bares de presión en red, 110 KW de potencia instalada del compresor, 0,18 euros/KWh)
La alta eficacia de los innovadores elementos filtrantes se aprovecha al máximo en las carcasas de flujo optimizado para los filtros. Sin embargo, un requisito previo para ello es la supervisión continua de la presión diferencial durante toda la vida útil de los elementos filtrantes de coalescencia o de partículas. Deben sustituirse cuando los costes energéticos del aumento de la presión diferencial por el rendimiento de la filtración alcancen los costes de inversión de un nuevo elemento filtrante. El indicador más económico del punto óptimo de sustitución la proporciona en la versión estándar el econometer o el economizador , que mide continuamente la presión diferencial. El microprocesador integrado evalúa los datos medidos y compara el aumento de los costes energéticos debido a la pérdida de presión con los costes de un nuevo elemento filtrante. De este modo el tiempo de sustitución más económico calculado se indica mediante diodos luminosos y -si el control digital y los requisitos de mantenimiento lo permiten- se transmite al controlador superior de la estación de aire comprimido
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El balance energético de los sistemas de secado se ve influido positivamente por el uso de filtros de ahorro energético UltraPleat™.
En resumen, Donaldson dispone de la tecnología necesaria para asegurar la calidad de su aire comprimido, a la vez que genera importantes ahorros de costos energéticos y de paradas de producción, reduciendo la contaminación por CO2.