1.0 - Informazioni Tecniche
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1.0 - Informazioni Tecniche
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
SiO2
B 2O 3
Na2O
Al2O3
Tracce di elementi
80.6
12.5
4.2
2.2
0.5
Tabella 1
Composizione del vetro borosilicato 3.3
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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)
Resistenza idrolitica a 121 °C (ISO 720)
Resistenza agli acidi (ISO 1776)
Resistenza agli alcali (ISO 695)
HGB 1
HGA 1
Na2O <100 mg/dm2
A2
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
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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
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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
(3.30 ± 0.1) 10-6 K-1
1.2 W/mK
900 J/kg K
2.23 g/cm3
525 ± 15 °C
≤ 300 °C
64 kN/mm2
0.2
Dilatazione termica (ISO 7991)
Conduttività termica (20 ÷ 200 °C)
Calore specifico (20 ÷ 200 °C)
Massa volumica a 20 °C
Temperatura di trasformazione
Temperatura di lavoro
Modulo di elasticità
Modulo di Poisson
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
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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)
Massima resistenza a trazione e flessione ammessa (ribruciata, non danneggiata)
Massima resistenza a compressione ammessa (in tutte le condizioni)
Modulo di elasticità
Modulo di Poisson
7.0 N/mm2
10 N/mm2
100 N/mm2
64 kN/mm2
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.
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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
Ps (barg)
15
4
25
4
40
4
50
4
80
3
100
2
150
2
200
1
300
1
450
0.6
600
0.6
Per i componenti sferici:
Capacità (l) / Diametro (mm)
Ps (barg)
10/280
20/350
50/490
100/610
200/750
1
1
0.6
0.6
0.6
Per le valvole:
DN
Ps (barg)
15
3
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25
3
40
3
50
3
80
1.5
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1.0 - Informazioni Tecniche
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 141211, 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 2000Merkblatt(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
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1.0 - Informazioni Tecniche
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.
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1.0 - Informazioni Tecniche
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
15
25
40
50
80
100
150
200
300
400
450
600
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Coppia in N/m
Flange in plastica
1.0
1.5
1.5
1.5
2
2
2
3.5
3.5
-
Coppia in N/m
Flange in alluminio
1.0
2.5
3.0
3.0
3.0
4.5
4.5
4.5
5.0
6.5
6.5
11
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1.0 - Informazioni Tecniche
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/mm2;
resistenza a trazione 55 N/mm2;
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;
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1.0 - Informazioni Tecniche



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 1010 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 = 106 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.
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1.0 - Informazioni Tecniche
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.
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1.0 - Informazioni Tecniche
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.
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1.0 - Informazioni Tecniche
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
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1.0 - Informazioni Tecniche
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.
2.
3.
4.
Dichiarazione di Conformità all’Ordine 2.1.
Attestato di Controllo 2.2.
Certificato di Collaudo 3.1.
Certificato di Collaudo 3.2.
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1.0 - Informazioni Tecniche
DIMENSIONI FLANGE IN VETRO
D1
D2
D3
Diametro
nominale
15
25
40
50
80
100
150
200
300
400
450
600
D1
(mm.)
30
44
62
76
110
131
185
234
338
465
528
684
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D2
(mm.)
15
25
40
50
80
100
151
201
301
401
457
612
D3
(mm.)
22
32
50
60
90
110
165
215
315
415
465
620
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