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Fundamentos Áreas Limpias / Control de particulado

Control de particulado
Antes de que cualquier método de control de contaminación de partículas del aire pueda ser aplicado exitosamente, se debe tomar la decisión de hasta que punto dichas partículas afectan el proceso o la operación. El tamaño tolerable de las partículas en un área depende del punto más crítico y las tolerancias del proceso en ese punto en particular.

Al mismo tiempo, se debe considerar, la cantidad de máxima partículas de un tamaño especificado que puede haber en un determinado punto del área. Debido a la relación que existe entre el tamaño de las partículas y el tiempo que permanece en el aire definida por STROKES, es más significativo especificar cantidad de partículas por unidad de volumen. Las partículas submicronicas deberán considerarse partículas del aire y las mismas seguirán las corrientes de aire existentes.

Para un análisis futuro del control del nivel de contaminación, se deberán considerar las fuentes de contaminación. Básicamente, estas se dividen en fuentes externas e internas.

Fuentes externas
Las externas son aquellas donde las partículas entran al espacio limpio de fuentes que están afuera del mismo. La mayor fuente externa es el aire exterior entrando por los sistemas de aire acondicionado. Además del los sistemas de aire la contaminación puede darse por el aire que trata de infiltrarse en las áreas de trabajo a través de puertas, ventanas, penetración de paredes por cañerías y ductos, y juntas de construcción del edificio.

La polución de las áreas urbanas incluye emisiones vehiculares, emisiones sólidas y gaseosas de plantas generadoras de energía, producción de metales, refinerías de petróleo, plantas químicas, y muchas otras fuentes de emisión. La polución en áreas rurales incluye hollín y humo, fibras animales y vegetales, gases, polen y otros misceláneos. También contienen microorganismos: bacterias, esporas y polen. Las partículas transportadas por el viento pueden viajar grandes distancias.

En un área limpia operacional, las partículas de fuentes exteriores normalmente presentaran un impacto pequeño sobre el total de la concentración de partículas del área limpia. Sin embargo, algunos estudios han mostrado una correlación directa entre la concentración de partículas en el medio ambiente y la concentración de particulaza dentro del área limpia en la condición at-rest. La contaminación externa de partículas se puede controlar primariamente a través de filtración, presurización de los locales y sellando todas las penetraciones de los espacios controlados y limpios.

Fuentes Internas
La contaminación de partículas generadas dentro del área limpia es resultado del personal, la cobertura de las superficies, equipamiento de proceso, ingreso de materiales, y el proceso de producción en si mismo La contaminación interna es generada principalmente por la actividad que realizan los equipos en servicio y el personal del área.

Restos de productos farmacéuticos y sólidos tales como berilio, carbón y sílice pueden producir contaminación. Equipamiento de servicios y productos de limpieza se deben considerar como posibles agentes de contaminación. La fricción entre partes móviles también genera contaminación.

Sin embargo, el personal de las ares limpias es potencialmente la mayor fuente interna de generación de partículas, generando desde varios miles a varios millones de partículas por minuto dependiendo de la actividad individual y la ropa. Estas partículas son generalmente escamas de piel, mezcla de fluidos, residuos de humos de exhalación, cosméticos y pelo. La piel esta constantemente emitiendo y generando partículas del orden de 1 micrón (µm) y el aire exhalado en la respiración contiene una gran cantidad de partículas que van del tamaño submicronico hasta varios cientos de micrones.

Las partículas generadas por el personal se controlan con el diseño del flujo de aire (que continuamente “lava” al personal con aire limpio), con la ropa y con procedimientos adecuados para vestirse.

Como el personal trabaja dentro del área limpia, los movimientos de su cuerpo pueden retener partículas de otras fuentes.

Además del personal, cada actividad que involucre contacto entre superficies crea algún tipo de contaminación. Actividades tales como escribir con un lápiz sobre un pedazo de papel, pueden causar muy altas concentraciones de partículas de fino carbón y fibras de papel. Hasta el movimiento de dos piezas juntas de metal genera material particulado, los que forma una muy fina contaminación de partículas metálicas.

En cualquier ambiente de trabajo, incluyendo las áreas limpias, el movimiento de las personas, maquinarias en operación, ventiladores soplando, y rotación de equipos pueden causar un movimiento adicional del aire. Todos estos movimientos imparten energía cinética al aire lo que hace que se mueva en forma aleatoria en el espacio. Las partículas finas, capturadas por esas corrientes erráticas dentro del espacio, se mueven fácilmente de un área a otra. Esta transferencia de contaminación, por medio de corrientes erráticas de una parte del espacio a otra o a un área adyacente se conoce como contaminación cruzada y contribuye significativamente con el nivel de contaminación en el lugar de trabajo.

La concentración de partículas dentro del área limpia se puede usar para definir la clase de área limpia, pero la deposición de partículas sobre el producto o proceso es un concepto superior.

Dentro del espacio ocurre una contaminación resultante que alcanza una meseta en la condición estable. El conteo de partículas de 0.5 micrones (µm) y mayores tendrá un rango que va desde varios miles a varios millones de partículas en un ambiente típico de manufactura. Durante las horas de desocupado o paradas para almuerzo, ocurre una notable reducción en el nivel de contaminación.

Formas de control de particulado

La contaminación de las partículas del aire, si son generadas internamente o externamente a las áreas limpias, se controla generalmente, aislando las partículas con barreras o diluyendo el aire contaminado con aire limpio, filtrado con HEPA o ULPA.

Aislación
Las partículas que contaminan se pueden aislar contendiendo a las mismas en las fuentes generadoras, o colocando barreras entre las fuente generadoras y las áreas criticas. Ejemplos de contención podrían ser equipos de extracción o sistemas de vacío acoplados a las instalaciones que producen la contaminación. Un ejemplo de aislación son las más recientes aplicaciones de mini áreas limpias o “Soft-sided”. En el caso de los mini-ambientes, las áreas críticas están aisladas por una berrera física o escudo, generalmente vidriado y con un sistema de apertura para trabajar que permita el progresivo acceso de productos y actividades. Estas aperturas para acceder están referidas a un puerto I/O.

También nos podemos referir a equipos aisladores (Isolator). El entorno no-limpio o menos limpio esta aislado del área de trabajo por barreras y sistemas de filtración. Las puertas de acceso y pass-throughs que permiten el movimiento de productos y personal son puertos I/O. Con aislación, se entiende que se debe mantener una presurización con respecto a las áreas adyacentes.

Dilución
Este es el mecanismo que se ha usado históricamente para controlar la contaminación que existe o se genera en las áreas críticas. Esto esta demostrado por el uso de flujos no laminares en áreas clase 1.000, 10.000, y 100.000. Una cierta cantidad de aire contaminado es reemplazado por aire limpio filtrado con HEPA cada minuto. Todo el volumen de aire es diluido con aire limpio. La cantidad de aire limpio inyectado en el espacio contaminado efectuará, en un periodo predecible, la “limpieza” del aire. Este periodo esta referido a la tasa de renovaciones de aire o al tiempo requerido para reemplazar todo el aire con aire filtrado. La tasa de renovaciones de aire esta expresada en renovaciones por minuto o por hora.

Esta información se puede utilizar para predecir el periodo de tiempo para alcanzar el estatus de área limpia en cada espacio dado con sus respectivos sistemas generadores de contaminación. Generalmente este no es el caso para áreas limpias. Se deben considerar información adicional cuando se decide el nivel de dilución (tasa de renovaciones) requerido para producir el nivel de limpieza. Para asegurar una buena dilución se debe prever que no exista cortocircuito entre la inyección y retorno de aire.

Para entender bien el concepto de dilución o tasa de renovaciones de aire, uno debe conocer la tasa de generación de contaminación presente en las áreas de trabajo consideradas. Por ejemplo, si asumimos que los factores de contaminación, de las áreas limpias de trabajo, se pueden dividir en categorías tales como, bajo a moderado, moderado a alto, y alto a gran generación de partículas de contaminación, y luego asumiendo que se puede asignar un valor numérico para cada condición, entonces el calculo de la tasa de dilución o renovaciones de aire requeridas podría ser diferente para cada uno de varios locales idénticos con un proceso o generación de contaminación característico. Es por ello que normalmente existe un rango recomendado de renovaciones de aire para cada clase de área limpia, por ejemplo la Clase 1.000 puede requerir desde 90 a 200 renovaciones por hora o 180 a 240 renovaciones por hora u otra tasa según sea necesario.