Panoramica delle tecniche di campionamento comuni nell'ambito dei controlli di pulizia tecnica

Figura 2: OLYMPUS CIX100 – Soluzione di sistema basata su microscopio per la pulizia tecnica.

Figura 3: Per preparare l'analisi successiva, viene asciugata una membrana filtrante.

Figura 4: Supporti rotondi per campioni con sfondo bianco e nero per membrane filtranti con diametri di 25 mm (sinistra), 47 mm (al centro) e 55 mm (a destra).

Figura 5: Posizionamento della membrana filtrante per la filtrazione del campione da analizzare (a); Montaggio della membrana filtrante sul supporto per campioni (b).

Figura 5: Posizionamento della membrana filtrante per la filtrazione del campione da analizzare (a); Montaggio della membrana filtrante sul supporto per campioni (b).

Figura 6.a: Montaggio del nastro adesivo con le particelle aderenti sul supporto speciale per ulteriori analisi

Figura 6.b: Il software del sistema OLYMPUS CIX100 consente l'analisi delle particelle di un campione di nastro adesivo dopo la rilevazione di un'area di ispezione rettangolare.

Figura 7.a: Preparazione di una trappola per particelle

Figura 7.b: Il software del sistema OLYMPUS CIX100 analizza una trappola per particelle secondo lo standard VDA 19.2.

Figura 1: Supporto per campioni OLYMPUS CIX100 appositamente sviluppato per diversi tipi di campioni: a e b) Supporto per filtri con sfondo bianco e nero - disponibile in tre diverse dimensioni, c) Supporto per trappole di particelle e d) Supporto per nastro adesivo.

Figura 1: Supporto per campioni OLYMPUS CIX100 appositamente sviluppato per diversi tipi di campioni: a e b) Supporto per filtri con sfondo bianco e nero - disponibile in tre diverse dimensioni, c) Supporto per caduta di particelle e d) Supporto per nastro adesivo.

Figura 1: Supporto per campioni OLYMPUS CIX100 appositamente progettato per diversi tipi di campioni: a e b) Supporto per filtri con sfondo bianco e nero - disponibile in tre diverse dimensioni, c) Supporto per trappole di particelle e d) Supporto per nastro adesivo.

Figura 1: Supporto per campioni OLYMPUS CIX100 appositamente sviluppato per diversi tipi di campioni: a e b) Supporto per filtri con sfondo bianco e nero - disponibile in tre diverse dimensioni, c) Supporto per trappole di particelle e d) Supporto per nastro adesivo.

Panoramica delle tecniche di campionamento più comuni nell'ambito delle verifiche di pulizia tecnica

I prodotti tecnici in quasi tutti i settori richiedono un certo livello di pulizia. Contaminazioni con particelle indesiderate e residui in impianti di produzione, laboratori e in particolare sulle superfici di prodotti tecnici rappresentano spesso rischi significativi. Queste contaminazioni accorciano la durata del prodotto, peggiorano spesso le prestazioni del prodotto e possono anche comportare rischi durante l'uso del prodotto. La conoscenza di questi rischi ha portato alla definizione di standard di pulizia più rigorosi a livello nazionale e internazionale. L'installazione di un sistema di ispezione della pulizia tecnica è un passo fondamentale per monitorare regolarmente la pulizia di un ambiente di produzione, nonché per evitare tempi di inattività, sprechi di materiali ed energia. In questo processo, la preparazione del campione svolge un ruolo importante.

Procedura di un'analisi di pulizia

L'analisi di pulizia tecnica inizia con la preparazione del campione e la selezione delle parti tecniche da controllare. Successivamente si procede al campionamento per raccogliere contaminanti microparticellari. Tra le tecniche di campionamento utilizzate ci sono, tra le altre:

– Membrane filtranti per catturare le contaminazioni dopo il lavaggio delle parti o nell'ambito di una filtrazione diretta di liquidi,
– Tape Lift (nastro adesivo speciale) per raccogliere particelle da superfici sensibili che non possono essere lavate, oppure
– Catture di particelle per raccogliere contaminanti aerotrasportati sedimentanti durante i processi di montaggio o in ambienti sterili.

Le campioni ottenuti con queste tecniche vengono successivamente montati su appositi supporti per campioni.

Nei sistemi microscopici moderni per la verifica della pulizia tecnica, come l'OLYMPUS CIX100, la posizione del supporto per campioni è un passaggio semplice prima che venga eseguita la verifica automatizzata della pulizia. Un flusso di lavoro intuitivo, combinato con l'automazione di tutti i passaggi dopo il montaggio del campione, contribuisce a condurre ispezioni con il minor rischio di errori umani e contaminazioni del campione. Con una singola scansione, il sistema può rilevare contaminanti fino a 2,5 μm e distinguere tra particelle metalliche, non metalliche e fibre.

Panoramica delle tecniche di campionamento più comuni

Per la separazione delle contaminazioni dal componente sono disponibili diverse metodologie. La scelta delle tecniche di estrazione/campionamento dipende fortemente dallo scopo principale della verifica di pulizia tecnica e dal settore industriale. In generale, ci sono tre principali metodi di estrazione:

Metodo di lavaggio

Nel settore automobilistico, così come nella produzione farmaceutica e meccanica, nella maggior parte dei casi, l'estrazione tramite liquido è la tecnica più adatta. Le contaminazioni microparticellari vengono rimosse da questo metodo mediante lavaggio, risciacquo o in una vasca ad ultrasuoni. Il liquido utilizzato per l'estrazione dovrebbe essere compatibile con il materiale delle componenti, il dispositivo di filtrazione e la membrana. Dopo il lavaggio, il liquido di risciacquo viene filtrato e la membrana filtrante asciugata. Nella maggior parte dei casi, il passo successivo è la pesatura della membrana filtrante asciutta con una bilancia analitica. Il risultato gravimetrico fornisce una prima stima delle particelle residue, ma le dimensioni, la forma e altre proprietà delle particelle rimangono sconosciute e richiedono un'analisi visiva successiva. Per questo, la membrana filtrante asciutta e pesata viene montata sul supporto per campioni.

Le membrane filtranti sono disponibili in diverse dimensioni. La dimensione della membrana filtrante dipende dall'applicazione e dal settore:

– Membrane con diametro di 47 mm sono comunemente usate nell'aerospaziale, nell'automotive e nell'industria petrolifera. Questo è il diametro standard utilizzato nella maggior parte dei casi.
– Per analisi di olio sono impiegate anche membrane con diametro di 25 mm.
– Membrane con diametro di 55 mm sono utilizzate nella manutenzione delle macchine e nella produzione con un elevato carico di particelle.

Oltre alla dimensione, si utilizzano membrane con sfondo bianco o nero a seconda dell'applicazione.

– Sfondo nero: quando si utilizza una sostanza chimica aggressiva per risciacquare le particelle, residui del liquido di risciacquo possono rimanere sulla membrana filtrante. Il supporto per campioni con sfondo nero è principalmente in alluminio anodizzato, quindi è ampiamente inerte rispetto alle sostanze chimiche (cioè non reagisce chimicamente).
– Sfondo bianco: uno sfondo bianco offre un vantaggio nell'uso di filtri a maglia tessuta. I filtri tessuti sono spesso usati per accelerare il processo di filtrazione, poiché il liquido di risciacquo può fluire molto più rapidamente attraverso la membrana. Durante l'analisi di un filtro a rete, il microscopio può guardare attraverso la rete sul supporto campione. Lo sfondo nero potrebbe essere visibile attraverso le maglie e interpretato erroneamente come particelle. Per questo motivo, si consiglia di usare un supporto con sfondo bianco per l'analisi di filtri a maglia.

Per l'OLYMPUS CIX100 sono disponibili supporti specifici per membrane con diametri di 47 mm, 25 mm e 55 mm, con sfondo nero o bianco. Il software del sistema include già impostazioni predefinite ottimizzate per le diverse dimensioni di membrane, consentendo all'utente di adattare automaticamente la dimensione del campo di scansione con un clic. Sono inoltre predefiniti parametri per ogni tipo di campione, in modo che anche operatori inesperti possano ottenere risultati conformi alle norme senza difficoltà.

Filtrazione diretta di liquidi

Questa tecnica è spesso utilizzata per ispezionare la purezza dell'olio. L'olio perde le sue proprietà lubrificanti quando è esposto a microparticelle, umidità e sali. Ciò porta a corrosione, degradazione degli additivi e formazione di resine e depositi. Parti meccaniche come valvole iniziano a incepparsi, bloccarsi e usurarsi.

La riparazione di queste parti è costosa e richiede molto tempo. Per questo, è importante eseguire un'analisi di pulizia per valutare il livello di contaminazione dell'olio. I vantaggi di avere fluidi puliti, in particolare olio, nelle macchine sono:

– Tempi di manutenzione e costi ridotti
– Prestazioni e produttività massime
– Maggiore durata delle componenti e delle macchine
– Meno fermi impianto
– Meno riparazioni e sostituzioni hardware

Tutti questi vantaggi contribuiscono a risparmiare denaro, poiché meno contaminanti nei fluidi portano a risparmi energetici e a una vita più lunga delle macchine. Più l'olio è pulito, più bassa è la temperatura dell'olio, maggiore è la viscosità e migliori sono le prestazioni. Meno manutenzione e riparazioni comportano anche risparmi sui costi di personale e hardware.

Il flusso di lavoro della filtrazione diretta di liquidi inizia con il prelievo di un campione di olio dal sistema da analizzare. Il liquido passa attraverso una macchina filtrante a vuoto, dove le particelle sospese vengono filtrate e raccolte su una membrana filtrante. Come nel metodo di lavaggio, anche questa membrana viene montata su supporti specifici e utilizzata per ispezioni visive e analisi.

Campionamento con Tape Lift

Il campionamento con Tape Lift è una tecnica rapida e semplice per prelevare particelle da una superficie e determinarne il livello di pulizia. Questo metodo viene utilizzato ovunque siano richieste superfici prive di contaminazioni, poiché le contaminazioni possono compromettere le prestazioni e l'affidabilità del prodotto. Tra i settori coinvolti ci sono l'aerospaziale, la tecnologia spaziale, ma anche i produttori di elettronica o moduli solari.

Il metodo Tape Lift può essere impiegato quando l'applicazione del nastro adesivo non danneggia la superficie. In generale, metalli, rivestimenti metallici e strati di ossido non vengono alterati da questa tecnica. Prima di applicarlo su superfici verniciate, rivestite o con rivestimenti ottici, è consigliabile un test preliminare per escludere eventuali danni.

Per il prelievo del campione si applica un nastro adesivo speciale sulla superficie da analizzare. In questo modo, le particelle vengono trasferite direttamente dalla superficie al nastro adesivo. Dopo aver rimosso il nastro, questo viene montato su supporti specifici per campioni con le particelle aderenti. L'OLYMPUS CIX100 non solo offre supporti adatti, ma anche un processo di analisi integrato conforme alla norma ASTM E1216-11. Questo standard prevede la determinazione statistica della dimensione e della posizione dell'area di campionamento, per stimare correttamente la pulizia superficiale di grandi aree. L'utente definisce il piano di campionamento considerando la geometria e l'orientamento della superficie rispetto al flusso di gas, alla gravità e alle ostruzioni, secondo le istruzioni standard. Questi fattori possono influenzare il fallout delle particelle e la loro cattura sulla superficie.

Cattura di particelle

Le catture di particelle sono spesso utilizzate come metodo di campionamento per monitorare la pulizia ambientale di processi di montaggio e logistica in ambienti di produzione e camere bianche. Una cassetta di cattura di particelle, costituita da un adesivo delle dimensioni di una membrana filtrante, viene posizionata per un tempo definito in punti potenzialmente contaminati per catturare le particelle aerotrasportate. Il periodo di attività della cassetta di cattura è chiamato tempo di sedimentazione. Al termine del campionamento, la cassetta viene montata su supporti specifici per analizzarla successivamente. Questa analisi determina il numero e la distribuzione delle particelle per dimensione e calcola il valore di sedimentazione (chiamato anche valore Illig). Il valore di sedimentazione è un numero singolo calcolato dal conteggio delle particelle rilevate durante il tempo di sedimentazione nelle varie classi di dimensione. Le particelle più grandi vengono pesate di più, poiché rappresentano un potenziale danno maggiore rispetto a quelle più piccole. Con il valore di sedimentazione, gli impianti possono confrontare la qualità ambientale in diverse aree durante un determinato periodo. Questo aiuta a identificare le zone con contaminazioni più elevate e a ottimizzare le aree per prevenire l'ingresso di particelle che potrebbero danneggiare componenti e sistemi assemblati. Il valore di sedimentazione viene incluso nel rapporto finale di analisi. Il revisore deve documentare oltre ai risultati di purezza generale anche il tempo di sedimentazione e il luogo della cassetta di cattura nel rapporto.

Conclusioni

Con l'aumento delle richieste di qualità, la pulizia tecnica di componenti, fluidi o ambienti è diventata sempre più centrale nel processo produttivo. Le linee guida internazionali e nazionali descrivono le metodologie e i requisiti di documentazione per la determinazione delle contaminazioni, richiedendo informazioni più dettagliate sulla natura delle contaminazioni, come il numero di particelle, la distribuzione delle dimensioni e le proprietà delle particelle. In un sistema di controllo della contaminazione, le parti vengono prelevate casualmente dalla linea di produzione e analizzate. A seconda dell'applicazione, vengono utilizzati diversi metodi di campionamento e supporti specifici. La valutazione avviene successivamente secondo le norme pertinenti. La tabella seguente fornisce una panoramica dei supporti per filtri disponibili, delle applicazioni e degli standard supportati per il sistema OLYMPUS CIX100.