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Introduzione Allo stato attuale, il vetro borosilicato 3.3 è ampiamente utilizzato in aziende chimiche, farmaceutiche, biotecnologiche ed alimentari, a causa delle sue peculiari caratteristiche: liscio, superficie non porosa, facile da pulire e sterilizzare eccellente ed estesa compatibilità chimica, inclusa un alta resistenza all acqua, alle soluzioni saline, alle sostanze organiche, agli alogeni ed alla maggior parte degli acidi nessun effetto catalitico nei processi chimici nessuna caratteristica fisiologica nociva nei processi biochimici trasparenza non infiammabile buona stabilità e resistenza termica bassa dilatazione termica Nessun altro materiale conosciuto può offrire una miglior combinazione di proprietà per un vasto numero di applicazioni chimiche e biochimiche. Di seguito si descrivono in dettaglio le caratteristiche chimico-fisiche del vetro borosilicato in accordo alla Norma ISO 3585. Composizione chimica del vetro borosilicato 3.3 La Tabella 1 identifica la composizione chimica del vetro borosilicato 3.3 : Componente % in peso SiO 2 80.6 B 2 O 3 12.5 Na 2 O 4.2 Al 2 O 3 2.2 Tracce di elementi 0.5 Tabella 1 Composizione del vetro borosilicato 3.3 Soffieria Sestese Flat Connection Pagina 2
Resistenza chimica Le più importanti caratteristiche chimiche del vetro borosilicato 3.3 sono definite dagli standard internazionali (ISO 3585:1998;EN 1595) messi a confronto in tabella 2. Proprietà ISO 3585 Resistenza idrolitica a 98 C (ISO 719) HGB 1 Resistenza idrolitica a 121 C (ISO 720) HGA 1 Resistenza agli acidi (ISO 1776) Na 2 O <100 mg/dm 2 Resistenza agli alcali (ISO 695) A 2 Tabella 2 Proprietà chimiche Da un punto di vista pratico, la più importante proprietà chimica del vetro borosilicato 3.3 è l inerzia chimica nei confronti di soluzioni acide o alcaline. Dalla letteratura si può infatti affermare che gli unici composti che possono dar luogo a fenomeni di corrosione su superfici vetrose sono: Acido fluoridrico Soluzioni concentrate di acido solforico Combinazione di soluzioni caustiche (alti valori di ph) e temperature elevate Soffieria Sestese Flat Connection Pagina 3
Grafico 1 Corrosione del vetro borosilicato 3.3 in funzione della concentrazione di acidi Grafico 2 Corrosione del vetro borosilicato 3.3 in funzione della concentrazione di NaOH e della temperatura Soffieria Sestese Flat Connection Pagina 4
Proprietà fisiche Le più importanti caratteristiche fisiche del vetro borosilicato 3.3 sono definite dagli standard internazionali (ISO 3585:1998; EN 1595) messi a confronti in tabella 3. Proprietà ISO 3585 Dilatazione termica (ISO 7991) (3.30 ± 0.1) 10-6 K -1 Conduttività termica (20 200 C) 1.2 W/mK Calore specifico (20 200 C) 900 J/kg K Massa volumica a 20 C 2.23 g/cm 3 Temperatura di trasformazione 525 ± 15 C Temperatura di lavoro 300 C Modulo di elasticità 64 kn/mm 2 Modulo di Poisson 0.2 Tabella 3 Proprietà fisiche Proprietà ottiche Il vetro borosilicato 3.3 non mostra un apprezzabile assorbimento della luce nella parte visibile dello spettro EM e dunque si presenta trasparente. Il vetro borosilicato 3.3 può essere dunque utilizzato per reazioni fotochimiche o con prodotti chimici fotosensibili specialmente nei processi di clorurazione e di solfoclorurazione. Grafico 3 Trasmissione di radiazione EM attraverso il vetro borosilicato 3.3 Soffieria Sestese Flat Connection Pagina 5
Proprietà meccaniche Il comportamento meccanico del vetro borosilicato 3.3 è caratterizzato prevalentemente dalla fragilità e dalla durezza delle superfici. Proprietà Massima resistenza a trazione e flessione ammessa (smerigliato, lavorato) 7.0 N/mm 2 Massima resistenza a trazione e flessione ammessa (ribruciata, non danneggiata) 10 N/mm 2 Massima resistenza a compressione ammessa (in tutte le condizioni) 100 N/mm 2 Modulo di elasticità 64 kn/mm 2 Modulo di Poisson 0.2 Tabella 4 Caratteristiche meccaniche del vetro borosilicato 3.3 in accordo con EN 1595 Massima e minima temperatura di esercizio ammissibile per attrezzature in vetro borosilicato 3.3 E noto che eventuali deformazioni in manufatti in vetro borosilicato 3.3 possono avvenire in prossimità della temperatura di trasformazione del vetro borosilicato 3.3 (525 C c.a.). Fino a tale temperatura tutte le caratteristiche del vetro rimangono inalterate. Per ragioni di sicurezza, la massima temperatura ammissibile per manufatti in vetro borosilicato 3.3 è molto più bassa rispetto alla temperatura di trasformazione del vetro. Infatti la massima temperatura di esercizio è c.a. 200 C. In circostanze particolari sotto speciali precauzioni, i componenti in vetro borosilicato possono lavorare fino a 300 C. Tali componenti devono essere opportunamente marcati e devono essere installati in accordo con istruzioni speciali di sicurezza. Le basse temperature non costituiscono un problema per i manufatti in vetro borosilicato 3.3. Per ragioni di sicurezza è comunque opportuno non scendere sotto i -80 C. Soffieria Sestese Flat Connection Pagina 6
Shock termico Un fattore di notevole importanza per componenti in vetro borosilicato 3.3 è lo shock termico causato da rapidi cambiamenti di temperatura attraverso le pareti. Tali cambiamenti sono da evitare perché creano stress e tensioni che possono portare alla rottura del componente in vetro borosilicato 3.3. Sebbene non sia possibile fornire un valore valido in ogni condizione operative, dalla letteratura si può affermare che il valore massimo di shock termico per componenti in vetro borosilicato è di 120 K. Massima pressione di esercizio ammissibile per attrezzature in vetro borosilicato 3.3 I componenti in vetro borosilicato 3.3 in tutto il range di diametri nominali ed a prescindere dal tipo di forma (sferica o cilindrica) possono essere utilizzati in condizioni di vuoto (-1 barg). Le pressioni massime ammissibili per i componenti standard, escluse le attrezzature di forma sferica, sono descritte nelle tabelle seguenti: DN 15 25 40 50 80 100 150 200 300 450 600 Ps (barg) 4 4 4 4 3 2 2 1 1 0.6 0.6 Per i componenti sferici: Capacità (l) / Diametro (mm) 10/280 20/350 50/490 100/610 200/750 Ps (barg) 1 1 0.6 0.6 0.6 Per le valvole: DN 15 25 40 50 80 Ps (barg) 3 3 3 3 1.5 Soffieria Sestese Flat Connection Pagina 7
Progettazione e fabbricazione di attrezzature in vetro borosilicato 3.3 Il nostro ufficio tecnico specializzato provvede ad analizzare gli input dettati dalle esigenze specifiche del cliente e qualora sia necessario ad elaborare fascicoli tecnici e relativi Manuali o Istruzioni d Uso e Manutenzione in accordo ai Requisiti Essenziali di Sicurezza delle specifiche Direttive di riferimento. Le attrezzature in vetro borosilicato 3.3 sono progettate prendendo in considerazione tutti i fattori in modo da assicurare che l attrezzatura sia sicura per tutta la sua durata prevista. L iter operativo della progettazione si basa sui seguenti punti: 1. Analisi dei rischi mediante FMEA, in accordo alla Norma UNI EN ISO 14121-1 Tutte le attrezzature standard in vetro borosilicato 3.3 presentate nel catalogo Soffieria Sestese sono state oggetto di un analisi dei rischi in accordo alla Direttiva 97/23/CE. Il metodo adottato da Soffieria Sestese in accordo alla UNI EN ISO 14121-1, è l Analisi dei modi di guasto e dei loro effetti (FMEA). FMEA è un metodo induttivo il cui scopo principale è di valutare la frequenza e le conseguenze del guasto di un componente. Ogni rischio residuo valutato in fase preliminare dal team di progettazione viene segnalato all utente finale in specifiche avvertenze nelle Istruzioni d uso e manutenzione. 2. Ingegneria di base e di dettaglio Il nostro ufficio tecnico è in grado di sviluppare l ingegneria di base e di dettaglio di attrezzature in vetro borosilicato 3.3, sia nell'industria che nella ricerca basandosi su un metodo di calcolo sperimentale in accordo alla Direttiva 97/23/CE. I codici di calcolo utilizzati nella valutazioni delle sollecitazioni e dei carichi massimi ammissibili per attrezzature in vetro borosilicato 3.3 sono le raccolte AD 2000- Merkblatt(N4;B;S),e le raccolte ISPESL (VSR;M;S). Soffieria Sestese è in grado inoltre di elaborare: P&ID Disegni isometrici Disegni costruttivi La progettazione di attrezzature ed impianti in vetro borosilicato 3.3 richiede una conoscenza approfondita dei materiali, delle loro proprietà, del loro comportamento Soffieria Sestese Flat Connection Pagina 8
in esercizio della loro durabilità, reperibilità e disponibilità, sia in uso sia a fine vita. A tale scopo in accordo alla Direttiva 97/23/CE sono utilizzate: Procedure specifiche di tracciabilità dei materiali Approvazioni particolari dei materiali (PMA) per tutti i materiali coinvolti nella progettazione e fabbricazioni di attrezzature in vetro borosilicato 3.3 e non coperti da Approvazione Europea dei Materiali 3. Fabbricazione La fabbricazione di attrezzature in vetro borosilicato 3.3 è condotta in modo da assicurare la corretta esecuzione dei provvedimenti stabiliti in fase di progettazione applicando le appropriate tecniche e le specifiche procedure ed istruzioni approvate da O.N. I processi di giunzione permanenti di attrezzature a pressione in vetro borosilicato 3.3 in accordo alla Direttiva 97/23/CE, sono effettuati esclusivamente da personale qualificato da O.N. mediante regolare patentino di saldatura. 4. Prove non distruttive Soffieria Sestese ha creato al suo interno un laboratorio per effettuare prove che attestino le conformità all ordine e la qualità dei manufatti in vetro borosilicato. Le prove che possono essere effettuate all interno di Soffieria Sestese, a secondo delle differenti specifiche di progetto dettate dal cliente, sono: Dimensionali: vengono effettuate attraverso diversi strumenti di misura certificati e periodicamente tarati quali per esempio calibro, spessimetro digitale, piano di riscontro. Visive in accordo AD 2000 Merkblatt N4. Diagramma di ricottura del vetro secondo standard di riferimento. Esame in luce riflessa delle tensioni attraverso polarimetro. Misurazioni di temperatura in accordo alla UNI EN 13463-1. Prove di shock termico secondo CEI EN 50014. Prove idrauliche di pressione e vuoto secondo UNI EN 1595. Soffieria Sestese Flat Connection Pagina 9
Problema di tenuta e dispersione nell ambiente Un punto critico degli impianti in vetro borosilicato è il basso valore ammissibile della coppia di serraggio in N/m del sistema flangiato. Il problema della tenuta delle attrezzature in vetro borosilicato 3.3 e delle relative dispersioni nell ambiente è affrontato sempre in sede di progettazione in termini di: Scelta del valore di serraggio in funzione del valore del DN della flangia in vetro Scelta materiali per guarnizioni (es. PTFE vergine, TFM, VITON) Tipologia di guarnizioni (es. GMP) Inoltre prove di tenuta statica condotte in accordo con la Norma TA-Luft secondo VDI 2440 dei sistemi flangiati hanno dato esiti positivi. Nel caso di operazioni di manutenzione delle flange di accoppiamento, si prescrive: serraggio a croce dei bulloni delle flange; serraggio mediante chiave dinamometrica calibrata in N/m in funzione dei diametri nominali (vedi tabella seguente). Diametro nominale Coppia in N/m Flange in plastica 15 1.0 1.0 25 1.5 2.5 40 1.5 3.0 50 1.5 3.0 80 2 3.0 100 2 4.5 150 2 4.5 200 3.5 4.5 300 3.5 5.0 400-6.5 450-6.5 600-11 Coppia in N/m Flange in alluminio Soffieria Sestese Flat Connection Pagina 10
Rivestimenti di attrezzature in vetro borosilicato 3.3 Soffieria Sestese propone tre tipologie di rivestimento di attrezzature in vetro borosilicato 3.3 di differente formulazione e caratteristiche. 1. ResinSafe Il rivestimento ResinSafe è un materiale di fibra di vetro a legante liquido a emulsione avente le seguenti caratteristiche: buona compattezza superficiale ed elevata integrità del filo; ottima protezione di superfici in vetro borosilicato da colpi esterni; modulo di elasticità 3900 N/mm 2 ; resistenza a trazione 55 N/mm 2 ; allungamento a rottura a trazione 1.5 %; massima temperatura ammissibile 170 C. 2. TrasparentSafe TrasparentSafe è un rivestimento ad essiccazione UV, diluibile in acqua, che forma uno strato protettivo antischegge ed antigocciolamento su superfici di attrezzature in vetro borosilicato 3.3. TrasparentSafe è un rivestimento trasparente con uno spessore di oltre 500 µm applicato a spruzzo. La massima temperature ammissibile per lunghi periodi è di 140 C, con picchi di 180 C per piccoli periodi. Al di sopra dei 140 C il rivestimento diventa ambrato, pur mantenendo inalterate la trasparenza e le caratteristiche meccaniche di contenimento. TrasparentSafe presenta le seguenti caratteristiche: autoclavabile a 134 C; resistente in lavastoviglie con disinfezione termica a 53 C. Resistente ai seguenti prodotti chimici: acqua; acido cloridrico al 20% a temperatura ambiente; acido nitrico al 20% a temperatura ambiente; acido solforico al 20% a temperatura ambiente; Soffieria Sestese Flat Connection Pagina 11
acetone a temperatura ambiente; 2 propanolo a temperatura ambiente; tetracloruro di carbonio a temperatura ambiente. La resistenza a sollecitazioni particolari è da verificare 3. ConductiveSafe Quando componenti o insiemi in vetro borosilicato 3.3 devono operare in aree classificate a rischio di esplosione secondo la direttiva ATEX 99/92/CE, è indispensabile prendere in considerazione il rischio associato alle cariche elettrostatiche. Secondo la Norma CLC/TR 50404:2003, il vetro borosilicato 3.3 è considerato un materiale dissipativo cioè con valori di resistività superficiale minori di 10 10 Ω. La Soffieria Sestese propone, per migliorare le caratteristiche di conducibilità proprie del vetro borosilicato 3.3, un rivestimento polimerico conduttivo avente le seguenti caratteristiche: resistenza superficiale = 10 6 Ω (in acc. IEC standard 93; VDE 0303; ASTM D 257); trasmissione a 550 nm>95% per spessori di rivestimento tra 4 12 μm; spessore rivestimento: da 4 a 6 μm; viscosità: 25 mpa; valore ph: 8; temperatura massima ammissibile: 140 C. Il rivestimento conduttivo è applicato a spruzzo e, solitamente, in azione combinata con Hydrolux (rivestimento contenitivo antischegge ed antigocciolamento) in modo da incrementare anche le caratteristiche meccaniche del vetro borosilicato 3.3. Soffieria Sestese Flat Connection Pagina 12
4. Altre applicazioni in campo ATEX Poiché la sicurezza non dipende solo da apparecchi, sistemi di protezione e componenti, ma anche dal materiale manipolato e dalla sua utilizzazione, è necessario intervenire per evitare l accumulo di cariche elettrostatiche e ridurre i pericoli intrinseci. La valutazione del rischio dunque comprende l accumulo di carica elettrostatica associata a liquidi a bassa conduttività (< 10-9 S/m) e a questo scopo si applicano diversi pacchetti sicurezza quali: utilizzo di materiale in PTFE dissipativi; messa a terra localizzata per lo scarico elettrostatico; utilizzo di tenute meccaniche per gruppi di agitazione standard Soffieria Sestese dal DN25 al DN50. Soffieria Sestese Flat Connection Pagina 13
Marcatura Il concetto di marcatura dei manufatti in vetro borosilicato è strettamente collegato a quello della Qualità. Le Direttive Europee di riferimento sono: 1. Direttiva Macchine 2006/42/CE e successivi emendamenti. Ai sensi della direttiva, s intende per macchina un insieme di pezzi o di organi, di cui almeno uno mobile, collegati tra loro e connessi solidamente per un applicazione ben determinata, segnatamente per la trasformazione, il trattamento, lo spostamento e il condizionamento di un materiale. Nello specifico rientrano nella Direttiva gli assiemi e i componenti di sicurezza. La marcatura CE di una macchina prevede la compilazione di un fascicolo tecnico, di una Dichiarazione di Conformità CE e di un Manuale d Uso e Manutenzione senza l intervento di un O.N. 2. Direttiva 97/23/CE (PED) Modulo D1 (Garanzia Qualità di Produzione). L Organismo Notificato DNV-Modulo Uno ha attestato che il sistema qualità per il tipo di prodotto: Recipienti sferici e cilindrici, scambiatori di calore a serpentino e fascio tubiero, linee di collegamento in vetro borosilicato 3.3 è adeguato a garantire la conformità ai Requisiti Essenziali di Sicurezza della Direttiva 97/23/CE. Il sistema qualità per le fasi di rintracciabilità dei materiali, fabbricazione, ispezione finale e collaudo per i suddetti prodotti è stato valutato in accordo alle procedure di valutazione della conformità descritte nell Allegato III modulo D1 della Direttiva 97/23/CE per attrezzature di Categoria II. La marcatura CE secondo la Direttiva PED viene effettuata in accordo ai Requisiti Essenziali di Sicurezza sia alle singole attrezzature che agli assiemi. Nella tabella seguente sono elencati a titolo di esempio i tipi di marcatura delle attrezzature in vetro borosilicato a seconda delle specifiche di progetto, specifiche che vengono sempre riportati sull articolo tramite una etichetta adesiva con le indicazioni previste dalla direttiva PED. Soffieria Sestese Flat Connection Pagina 14
art. 3.3 - no marcatura CE SOFFIERIA SESTESE BORO 3.3 In Categoria I = Modulo A SOFFIERIA SESTESE BORO 3.3 In Categoria II = Modulo D1 SOFFIERIA SESTESE BORO 3.3 0496 Figura 1 Marcatura CE secondo direttiva PED Soffieria Sestese Flat Connection Pagina 15
3. Direttiva 94/9/CE (ATEX). In accordo ai Requisiti Essenziali di Sicurezza della Direttiva per apparecchi del Gruppo II di Categoria 2 e 3 installati in zona 1/21; 2/22: Non rientrano nella direttiva singole attrezzature non elettriche (serbatoi, scambiatori, ). Tali attrezzature non possono essere dunque marcate CE secondo la Direttiva Atex, ma sono accompagnate da un Attestato di Conformità ATEX e da un Certificato di Controllo Specifico 3.1 secondo EN 10204:2004. Gli assiemi verranno invece marcati CE in accordo all Allegato VIII della Direttiva (Modulo: Controllo di Fabbricazione Interno) mediante deposito del fascicolo tecnico a O.N.). In tali assiemi tutte le attrezzature elettriche, dispositivi di sicurezza e sistemi di controllo e regolazione del processo installati devono avere una provata conformità e marcatura CE. Inoltre nel caso in cui un attrezzatura non rientri in una direttiva specifica, Soffieria Sestese può emettere, in accordo alla Norma EN 10204 : 2004: 1. Dichiarazione di Conformità all Ordine 2.1. 2. Attestato di Controllo 2.2. 3. Certificato di Collaudo 3.1. 4. Certificato di Collaudo 3.2. Soffieria Sestese Flat Connection Pagina 16
DIMENSIONI FLANGE IN VETRO D1 D2 D3 Diametro nominale D1 (mm.) D2 (mm.) D3 (mm.) 15 30 15 22 25 44 25 32 40 62 40 50 50 76 50 60 80 110 80 90 100 131 100 110 150 185 151 165 200 234 201 215 300 338 301 315 400 465 401 415 450 528 457 465 600 684 612 620 Soffieria Sestese Flat Connection Pagina 17
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