Voorkom gevolgen van krimp en uitzetting

Deel 4 van de reeks over het hygiënisch design van installaties

Voedselveiligheid en hygiëne staan hoog op de prioriteitenlijst van bedrijven die actief zijn in de voedselverwerkende industrie. Een belangrijk aspect hiervan is het hygiënisch ontwerp van installaties. Aan de hand van een reeks artikelen brengt Hygienic Design Network (HDN), een Nederlands platform voor voedingsbedrijven en -verenigingen, het thema hygiënisch design onder de aandacht. In deel vier van deze reeks gaat Hans van der Steen, businessmanager bij HDN, in op het voorkomen van de gevolgen van krimp en uitzetting.

Capillaire of dode ruimte

Wanneer de eventuele risico’s van een proces en de reinigingsinvloed bekend zijn, kan een ontwerper gepaste maatregelen doorvoeren in zijn ontwerp, maar vooral ook in de instructie voor de uitvoering. Het nemen van deze maatregel is een vanzelfsprekendheid voor veel ontwerpers, want men wil ophoping van product, water of reinigingsmiddel voorkomen. Maar in de praktijk wordt door de uitvoerende partijen, zonder de juiste instructie, toch wel wat onveilige situaties gecreëerd die de reinigbaarheid en voedselveiligheid beïnvloeden.

De algemene doelstellingen van alle technisch hygiënische maatregelen zijn:

• voorkomen van binnendringen;
• voorkomen van ophoping;
• voorkomen van groei.

Het is zaak om krimp en uitzetting te voorkomen of als ze onvermijdelijk zijn, gepaste aanvullende maatregelen nemen

Deze doelstellingen zijn ook aan elkaar verbonden. In opgehoopt vuil kunnen micro-organismen groeien en wellicht daarna ook weer binnendringen in het product. Het gevolg van krimp en uitzetting kan het ontstaan van een capillaire of dode ruimte zijn. We hebben in de vorige onderwerpen uitgelegd wat dat is en welke invloed die gebieden hebben op hygiëne. Het is dus zaak om krimp en uitzetting te voorkomen of als ze onvermijdelijk zijn, gepaste aanvullende maatregelen nemen.

Oorzaak

Als gevolg van wisselende temperaturen in een omgeving, gaan materialen krimpen en uitzetten. Vooral in systemen die geautomatiseerd gereinigd worden (CIP), gaat meestal een gekoeld voedingsmiddel en daarna de hete reinigingsvloeistof. Het temperatuurverschil veroorzaakt een beweging en die kan zowel mechanische als hygiënische gevolgen hebben.

Mechanisch

Wanneer de uitzetting of krimp niet mogelijk is door gebrek aan ruimte of wanneer iets te vast is ingebouwd, zal het materiaal gaan scheuren. Let op! RVS zet meer uit dan staal. Wanneer een leidingsysteem of manifold te strak is bevestigd en er is sprake van krimp en uitzetting van de leiding, gaat er iets breken. Het zwakste deel blijkt dan vaak de beugel te zijn waarmee de leiding is bevestigd. Maar het kan ook een las zijn of een ander koudvervormd gebied. Voorbeelden van koudvervormde gebieden zijn de uittrekking van een T-stuk, een bocht of de las in het huis van een zitting afsluiter.

Hygiënisch

Natuurlijk zijn de zojuist genoemde scheuren in het materiaal een mogelijk hygiënisch probleem, maar we bedoelen hier vooral de ruimte die ontstaat tijdens een krimp. Daar kan in de koude periode vuil of product in kruipen en die wordt bij uitzetting (warmte) ingekapseld. Wanneer er weer krimp plaats vindt, komt dit vuil in het product terecht. Dit probleem kan zich vooral bij O-ringen voordoen.

Het inkapselen van vuil kan gebeuren waar temperatuurwisselingen zijn. Wanneer er een koud product de afdichting laat krimpen, kan er product of vuil tussen de afdichting en de groef komen. Een daarop volgend warm medium (reiniging), zal de afdichting doen uitzetten en dan is het vuil ingekapseld. Dit komt later weer los, wanneer en weer een koud medium de afdichting laat krimpen. (zie figuur 2)

Dit fenomeen kan bij iedere afdicht vorm plaatsvinden. Een afdichting mag bij een hardheid van 70° Shore maar 15% ingedrukt zijn. Meer indrukking geeft een te hoge mechanische belasting. Wanneer een afdichting verder ingedrukt wordt (mechanisch of door uitzetting) zal hij gaan uitpuilen.

Daarom zijn hygiënische verbindingen voorzien van een mechanische begrenzing (metaal op metaal). Deze zit achter de afdichting en daarom zal de afdichting naar binnen uitpuilen wanneer er geen voorziening is ingericht. Uitpuilen betekent een schaduwzijde en de afdichting kan beschadigen. Door beschadiging of uitdroging kan de dikte afnemen en daardoor kan ook een kier ontstaan.

Wanneer de afdichting met teveel vet is ingesmeerd of er teveel vet in de afdichtgroef zit, kan dit vet ook uitzetten en zal de afdichting uit zijn groef duwen. Door de hoge snelheid van de vloeistof die langs een afdichting vloeit kan het ook gebeuren dat een afdichting die niet vast in zijn huis zit, uitgezogen kan worden door het vacuüm dat ontstaat. Denk daarbij aan de kleine ruimte die ontstaat bij het openen of sluiten van een afsluiter. In die ontstane ruimte is de snelheid hoog, waardoor er een vacuüm werking optreed.

Het is daarom noodzakelijk dat het vermijden van de gevolgen van krimp en uitzetting gedaan wordt, maar hoe ver ga je daarin? Technische mensen begrijpen de mechanische gevolgen, maar zijn zich vaak niet bewust van het hygiënisch probleem.

Praktijksituaties

Het vermijden van de gevolgen van krimp en uitzetting zit vooral in de constructie of de manier van afdichten. Let bij het plaatsen of construeren van een machine of installatie vooral op de mogelijkheid om de krimp en uitzetting op te vangen. Zet onderdelen niet te strak wanneer beweging mogelijk moet zijn.

Voorkom insluiting van hete vloeistoffen. De vervorming zoekt de zwakste plek op. Dit is in de regel de beugeling, maar kan ook de afdichting van een pomp, een afsluiter of de wand van een tank zijn. De kracht waarmee uitzetting gepaard gaat is enorm en destructief. Hieronder een aantal voorbeelden die het gevolg zijn van krimp of uitzetting.

Afbreken beugels

Te strak beugelen verkleint de bewegingsmogelijkheid van leidingen. Dit is te voorkomen door bewegende beugels te plaatsen, leiding compensatoren of U-bochten plaatsen of beugels te plaatsen waarin de leiding alleen steunt.

Afkoelen tijdens spoelen

Wanneer eerst een tank gereinigd is met warme vloeistof en meteen daarna wordt er met een koude vloeistof gespoeld, ontstaat er een onderdruk. (krimp) Wanneer dat niet gecompenseerd wordt met voldoende beluchting, zal die tank imploderen.

Scheuren afsluiter

Op een manifold gaan diverse stromen simultaan aan elkaar, van en naar het proces. In de diverse afsluiters die de koppelingen tussen die diverse stromen mogelijk maken, stroomt door het bovenhuis een gekoeld product en in het onderhuis een CIP vloeistof van 85 °C. Het grote temperatuurverschil geeft krachten op de afsluiter en op het hele manifold. Compensatie is daar noodzakelijk. Er bestaan hiervoor hygiënische oplossingen.

Wanneer er een koud product de afdichting laat krimpen, kan er product of vuil tussen de afdichting en de groef komen

Capillaire ruimtes in afdichtingen

Vooral bij O-ringen kan dit een capillaire ruimte opleveren, maar een afdichting die door uitzetting groter wordt geeft hygiënische risico’s. Er ontstaat dan een schaduwzijde of obstructie. Dit geschiedt bijvoorbeeld bij verbindingen die niet mechanisch begrensd zijn tegen indrukking. Denk daarbij aan een flensverbinding of clampkoppeling.

Een goed voorbeeld van een O-ring die geen hygiënische invloed heeft, is de afdichting in een DIN11864 verbinding. De vorm van de groef waar de O-ring in ligt en de voordruk op de afdichting, voorkomt een capillair bij krimp en uitzetting is beperkt waardoor hij niet teveel uitpuilt.

HDN methodiek

Zo zijn er nog diverse standaard situaties die als gevolg van krimp en uitzetting een capillaire of dode ruimte creëren. Dat hoeft op zich geen probleem te zijn, mits het een potentieel risico vormt. Dan moet men er iets aan doen. Dit risico wordt bepaald door de toepassing en het risico dat men wil accepteren.

De HDN-methode, die kan fungeren als een "ontwerpmanagementsysteem", biedt alle handvatten om de communicatie tijdens ontwerp, bouw en gebruik te stroomlijnen. Als u daar meer over wil weten, neem dan contact op via onderstaande contactgegevens.

Lees hier de reeks over het hygiënisch design van installaties.

Voor meer informatie over hygiënische maatregelen in ontwerp en de uitvoering daarvan: HDN is bereikbaar via info@hdn4food.com of op +31-306053344.