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Fundamentos Áreas Limpias / Flujos de aire de áreas límpias

Flujos de aire Multidireccionales
El aire se inyecta por grandes rejas en el cielorraso, los flujos son generalmente hacia abajo, y se extrae cerca del nivel del piso. Los filtros de aire están ubicados en la unidad HVAC.

Los sistemas de aire de flujos multidireccionales o no-laminares funcionan satisfactoriamente en muchas aplicaciones. Pueden proveer un alto grado de control de contaminación para operaciones críticas cuando están suplementados por estaciones de trabajo con flujos unidireccionales locales.

El flujo multidireccional de área limpia se basa en el concepto de diluir el nivel de partículas contaminantes del aire a niveles aceptables por a circulación constante de aire filtrado por HEPA dentro del local. Esto se puede hacer introduciendo uniformemente el aire filtrado en el local o introduciéndolo en zonas concentradas.

Lo ultimo permite obtener áreas limpias con mejores niveles de limpieza que clase 10.000 (ISO 7) en áreas con mayores requerimientos de limpieza.
Hay una variedad de conceptos de diseño en áreas limpias con flujo multidireccional. Uno de los conceptos mas comúnmente usados utiliza estaciones de trabajo con flujos unidireccionales horizontales o verticales con equipamiento integral de humidificado y secado. El uso de estas estaciones permite utilizar ventiladores de recirculación y conductos mas chicos en los sistemas generales, ya que cada estación tiene su propio sistema de recirculación con filtro HEPA.

Otra posibilidad es usar una técnica de recirculación del aire local utilizando un “modulo de flujo vertical unidireccional”. Esta unidad esta montada sobre la estación de trabajo y la protege con un flujo de aire filtrado con HEPA. El aire fluye hacia abajo y sale por rejas ubicadas en las paredes más abajo de la estación de trabajo.

Luego recircula, a través de un conducto, al interior del modulo ubicado generalmente en la pared de la cabina.

Satisfacer los criterios estrictos del control de contaminación usando un flujo de aire multidireccional requiere un gran control de la ropa del personal y de las operaciones dentro del área. La entrada debe estar protegida y se deben seguir estrictas rutinas y procedimientos. Es posible desarrollar un ambiente en el cual el nivel de contaminación se reduce desde tanto como 5.000.000 partículas por pie cúbico (176.500 partículas por litro) hasta 100.000 partículas por pie cúbico (3.500 partículas por litro – 3.500.000 partículas por metro cúbico) agregando una superficie de filtrado de alta eficiencia en el sistema de acondicionamiento de aire. A pesar de que es una reducción sustancial del nivel de contaminación, todavía puede haber presentes, en el entorno, algunas partículas en el aire de varios cientos de micrones de diámetro. Además este método no nos protege de la contaminación cruzada entre las áreas dentro del espacio.

Flujo de aire Unidireccional
En los sistemas de flujo unidireccional o laminar, el aire ingresa a través de toda una de las caras del local, tal como el cielorraso o una pared, el flujo tiene una velocidad constante a lo largo del local, y se extrae a través de toda el área en la superficie opuesta. Los flujos unidireccionales proveen la senda directa y predecible que seguirá una partícula submicronica dentro del área limpia, teniendo una chance mínima de contaminar los componentes del local. También captura las partículas que se generan constantemente dentro del local y se introducen en la corriente de aire, reduciendo, con ello la potencial contaminación cruzada.

Idealmente, las líneas de flujo de aire serán ininterrumpidas, sin embargo el personal y el equipamiento dentro de la corriente distorsionan las líneas de flujo de aire, el estado de velocidad constante es aproximado. La mayoría de las partículas que encuentran una obstrucción dentro del flujo de aire chocan con la obstrucción y continúan alrededor de la misma, al igual que el flujo de aire, el cual se restablece aguas debajo de la obstrucción.

Flujos Verticales Unidireccionales
Las áreas limpias de flujos verticales unidireccionales o laminares tienen el cielorraso armado con filtros HEPA. A medida que la clase del área limpia se vuelve mas baja, se requiere que un mayor porcentaje del cielorraso sea cubierto por filtros HEPA. Para un local clase 100 (ISO 5), se requiere que todo del cielorraso sea HEPA. Idealmente, se utiliza el piso perforado como retorno. En un local de flujo laminar el aire fluye uniformemente desde el techo hasta el piso. Como sale filtrado a través del cielorraso, esta esencialmente libre de cualquier partícula.

Este tipo de flujo de aire produce una lluvia de aire uniforme que barre todo el local con un flujo de aire ultra limpió. La contaminación generada dentro del espacio no se moverá lateralmente en contra del flujo de aire hacia abajo (este arrastra hacia abajo y sale a través del piso) y no contribuye con el nivel de contaminación que se genera interiormente. Se debe tener cuidado en el diseño, selección, e instalación de sistemas y sellado del cielorraso armado con filtros HEPA. Asumiendo que los filtros HEPA instalados han sido adecuadamente sellados, este diseño provee el ambiente de trabajo mas limpio disponible en el presente.

Una segunda posibilidad es usar las partes mas bajas de las paredes como retorno de aire. En este caso se pueden obtener las mismas condiciones descriptas arriba dentro de un área general de trabajo la cual esta normalmente entre 3 y 6 pies (0.9 a1.8 m) sobre el nivel del piso terminado. Este método se aplica mejor en locales largo y angosto. La efectividad de este tipo de diseños depende de varios factores, como el ancho del local, la velocidad/uniformidad del aire, obstrucciones al paso del aire en la entrada (inyección) o salida (retorno) desde el local, y la relación entre el retorno neto con respecto a la inyección. Este retorno debería estar igualmente distribuido a lo largo de ambas paredes en la dirección mas larga del local, para mantener la dirección del aire vertical hasta un punto por debajo de la altura de trabajo en el centro del local.

Cambiando uno de los factores, tales como el ancho del local, normalmente cambiarán otros factores, tales como la velocidad del aire en el centro del local, etc.

Flujos Horizontales Unidireccionales
Las áreas limpias de flujos horizontales unidireccionales o laminares usan las mismas técnicas de filtración de flujo de aire que los sistemas de flujo vertical unidireccional, excepto que el aire fluye de una pared del local hacia la pared opuesta. La pared de aire de inyección consiste completamente de filtros HEPA que inyectan aire a 90 pies por minuto (0.45 m/s) que cruzan toda la sección del local.

De esta forma el aire retorna a través de la pared opuesta del local y recircula a través del sistema. Como en los locales de flujo laminar vertical, este diseño extrae la contaminación generada en el área a una tasa igual a la velocidad del aire y no permite la contaminación cruzada perpendicular al flujo de aire.

La mayor limitación de este diseño es que puede ocurrir contaminación en la dirección del flujo de aire aguas abajo. En este diseño, el aire que sale de la pared de filtro es aire tan limpio como el que hay dentro de un local de flujo vertical unidireccional. Las actividades de proceso se pueden orientar para tener las operaciones mas criticas dentro del aire mas limpio, o en la parte mas limpia del local, con operaciones progresivamente menos criticas ubicadas hacia el retorno de aire, o parte más sucia del local.

Los niveles de contaminación producidos en la parte sucia del local varían debido a que dependen enteramente de las actividades dentro del área limpia, la longitud del local, la orientación y flujo, etc.

Condiciones de los Flujos Unidireccionales
Dos de las condiciones mas usuales que producen deposición de partículas que hay en un local con flujo laminar unidireccional son: (1) los remolinos que se producen inmediatamente después de las obstrucciones con formas no aerodinámicas y (2) las áreas donde la velocidad es virtualmente cero en superficies paralelas al flujo de aire causadas por la resistencia a la fricción.

Se recomienda una velocidad de flujo de aire de aproximadamente 90 pies por minuto ± 20 pies por minuto (0.45 m/s ± 0.1 m/s) como estándar en los diseños de áreas limpias de flujos unidireccionales para proveer una buena dilución y suficiente movimiento de aire para prevenir el establecimiento de partículas. Se pueden usar estos promedios de velocidades en locales de flujos laminares porque se minimizan las áreas de alta velocidad local. Se encontró que es mas fácil que la contaminación cruzada ocurra cuando la velocidad del aire es menor a 70 pies por minuto (0.35 m/s) y menos probable que ocurra a velocidades mayores a 70 pies por minuto (0.35 m/s) Las velocidades del aire por encima de 110 a 120 pies por minuto (0.56 a 0.66 m/s) contribuyen muy poco al control de la contaminación y pueden generar turbulencia en las obstrucciones.

Se puede utilizar un pleno de cielorraso presurizado o conductos individuales para cada filtro HEPA para inyectar aire al espacio limpio. Cuando se utiliza un pleno de cielorraso presurizado, hay que tener cuidado de distribuir el aire y mantener su velocidad uniforme en cada filtro. El filtro debería estar probado en fábrica y la caída de presión registrada. Todos los filtros en el mismo pleno deberían tener la misma caída de presión. Se puede complementar el balanceo con dampers construidos dentro del piso perforado o en los ductos de las paredes de retorno o en los conductos conectados a los plenos. Los filtros con ductos individuales podrían tener dampers para cada filtro y complementar el balanceo.

Estaciones de trabajo
Los dos tipos de arreglos de flujos unidireccionales se pueden aplicar a estaciones de trabajo individuales. Estas estaciones pueden proveer áreas pequeñas con un alto grado de control de contaminación, en combinación con los sistemas de flujo convencionales. Donde se requiera extremar los controles, el medio mas practico de alcanzar el criterio de operación es usar un flujo laminar en la estación de trabajo.