Los requisitos de rendimiento y los objetivos de sostenibilidad a veces pueden estar en desacuerdo en el mundo de las salas limpias, pero el diseño descentralizado del sistema de tratamiento de aire puede beneficiar a ambos.

El sistema de HVAC es un componente vital para lograr el nivel de cumplimiento requerido en un ambiente controlado. No es de extrañar entonces que el manejo del aire ocupe sin duda una gran parte del presupuesto en un proyecto de diseño y construcción de una sala limpia, sin mencionar los gastos de funcionamiento en curso.

El momento de integrar tanto el rendimiento como la sostenibilidad se encuentra en la etapa de diseño del proceso, ya que es cuando se tiene más control. Es muy difícil lograr una solución óptima retrospectivamente.

Gestión de aire descentralizada

El manejo descentralizado del aire no requiere una unidad central de manejo del aire (AHU). En su lugar, presenta las partes que constituyen una UTA, divididas en partes separadas de la planta. Las unidades de filtro de ventilador (FFU), las unidades de control de temperatura y los módulos de deshumidificación se distribuyen localmente.

La UTA, que antes se consideraba como la planta de requisitos previos para el cumplimiento, se está sustituyendo cada vez con más frecuencia por este enfoque descentralizado. Los beneficios van desde la reducción del costo y la complejidad de la construcción hasta el aumento de la superficie útil, ya que no se requiere necesariamente una sala de planta central. Todo el aire controlado se mezcla adecuadamente en los conductos antes de introducirlo en la sala limpia a través de las unidades FFU HEPA montadas en el techo.

Control de zona

Empezando por el diseño de las instalaciones, si los usuarios dividen las áreas en zonas más pequeñas de cumplimiento puede reducir aún más el nivel de los costos de energía asociados a las plantas y controlar los costos de energía en curso. Esto implica examinar cada parte específica del proceso y definir qué especificación se requiere.

Considera un cuarto limpio, estilo salón de baile, que encapsula una gran huella con un solo nivel de control – limpieza de aire ISO Clase 6 y un estricto control de temperatura y humedad hasta 18°C ±1 y 30% RH ±5. En realidad, puede ser sólo una parte del proceso que requiere ese nivel de estrictas tolerancias. Localizar ese control a una parte específica del proceso puede reducir el uso de energía de la sala limpia dramáticamente.

Algunos pueden argumentar que las zonas añaden un nivel de complejidad al flujo del proceso, pero reduce mucho los costos de energía en curso. En teoría, cuando lo haces, haces que el cumplimiento sea mucho más fácil ya que estás controlando una serie de zonas mucho más pequeñas.

Estudio CFD: 45 versus 60 trayectorias de flujo FFU

Las UTA son efectivas en el control de una sola zona – X cantidad de aire con calidad Y. Sin embargo, si le pides a una UTA que entregue 18°C en una habitación y 23°C en otra, controlará al mínimo común denominador, entonces justo antes de que el aire sea introducido en la otra habitación necesitará ser calentado para alcanzar la temperatura más alta. Con un enfoque descentralizado del manejo del aire, una unidad de control de temperatura puede ser programada para trabajar a 18°C en una habitación y otra para trabajar a 23°C en la otra habitación. Efectivamente, sólo se procesa algo una vez.

El último punto de introducción al área controlada es entonces a través de una FFU HEPA. En cualquier ambiente normalmente ventilado, necesitas alrededor de 8-20 cambios de aire por hora (AC/H) para entregar el control de temperatura y humedad (T&H). Algunas salas limpias, dependiendo de la clasificación, requerirán más de 200 AC/H.

La tasa de cambio de aire (ACR) que requiere limpieza es por lo tanto mucho más alta que la que se requiere para entregar el control de T&H. Una UTA tendrá que entregar 200+ AC/H de aire controlado de T&H, por lo que al clasificar una sala limpia, una zona en particular necesitará menos cambios de aire que si se entregara la misma calidad de aire en una planta más grande.

Resistencia y modularidad

Se obtiene un mayor nivel de resistencia y modularidad con un enfoque descentralizado del manejo del aire, en el que si una FFU fallara, las otras pueden trabajar a un ritmo mayor para compensar. Con una sala limpia zonificada, hay una mayor probabilidad de que no todas las partes de una instalación estén siempre en funcionamiento en un momento dado. Esto da la libertad de operar con dos estados validados; un modo de operación y un modo de retroceso. Ese modo de retroceso puede ser para un funcionamiento reducido (menor ocupación) o un estado de fuera de turno, en el que se valida un ACR reducido junto con el operacional para permitir a los usuarios reducir el trabajo del ventilador y ahorrar en gastos de funcionamiento innecesarios.

Con un modo de retroceso, usted todavía tiene un nivel de cumplimiento y a través de un monitoreo continuo, usted tendrá una mayor comprensión de los datos de cumplimiento y cómo le dice si está operando dentro de las especificaciones.

Históricamente, funcionaba como la ITV de un coche, en la que un ingeniero de pruebas entraba anualmente el día de la prueba y dictaba si la sala limpia pasaba o fallaba a través de una serie de pruebas. Luego el ingeniero de pruebas se alejaba y el usuario no tenía ni idea desde ese día hasta la siguiente prueba en un plazo de 6 a 12 meses si todavía cumplía con las especificaciones. La gente comenzó entonces a hacer recuentos periódicos de partículas, por ejemplo por lotes, y ahora los usuarios se están inclinando más hacia la vigilancia continua con un sensor remoto de partículas situado junto al punto crítico de producción, que les dirá la especificación exacta de limpieza a lo largo de todo el ciclo de vida de esa instalación. Muchas industrias estipulan que necesitan un nivel de datos de trazabilidad de auditoría disponible y con nuestro sistema de control, los clientes pueden registrar la identificación del lote contra los conjuntos de datos.

Los valores que se obtienen de la monitorización utilizan el control PI, que es un algoritmo que se utiliza mucho en la planta de control para modular la salida desde una perspectiva de respuesta. Lo que hace es monitorear la curva de histéresis y modular la salida dependiendo de cómo varía del punto de ajuste y reacciona al evento. El resultado es una curva de histéresis más suave, lo que significa un entorno más repetible.

Si un FFU falla, los otros pueden compensar

Por ejemplo, cuando se lleva la sala limpia a la especificación desde el modo de retroceso, si se necesita a las 9 de la mañana, estará lista a las 9 de la mañana y no a las 9:30. También durante las cargas operacionales, sigue la tasa de cambio y reacciona a ella para reducir el nivel de variación de la condición en la instalación. Muchas de las consideraciones en la planificación se refieren a la ubicación de los sensores y la instrumentación en la instalación.

 

Dinámica de fluidos informatizada

Dado que el manejo del aire tiene un impacto tan crítico en el rendimiento de las salas limpias, es importante verificar la precisión de una solución técnica propuesta antes de su construcción. La modelización de la dinámica de fluidos computacional (CFD) es una herramienta eficaz para evaluar el impacto del proceso, la planta y el equipo, así como de los respiraderos de suministro y escape en los modelos de flujo de aire, antes de que una sala limpia pase del diseño a la fabricación.

Dependiendo de los resultados de un estudio de CFD en la fase de diseño, la cantidad de planta utilizada puede incluso reducirse. Si se prueba el impacto de digamos 45 frente a 60 FFU en una instalación de 1000 metros cuadrados, el estudio puede identificar que hay mejores flujos de aire de lo previsto. Esto reduce significativamente la inversión inicial y también los costos de funcionamiento en curso.

También se puede determinar el suministro de flujo de aire en relación con las áreas críticas de la instalación, como por ejemplo donde se encuentra la mayoría de los equipos. Se puede entonces introducir una mejor cobertura del flujo de aire en el lugar donde se encuentran las máquinas y los procesos dentro de la sala.

Gracias a la profesionalidad y experiencia de empresas especializadas en el tratamiento de ambientes y flujos de aire, además de en el diseño y desarrollo de salas blancas, como es el caso de Isobox Systems, todos estos procesos y especificaciones quedan perfectamente claros desde el inicio, suponiendo una garantía de éxito en la entrega final.