Ventilación

Partículas bajo control

El control de partículas dentro de las instalaciones de los llamados cuartos limpios engloba una importancia fundamental. Si se logra de manera adecuada, la calidad de los productos y el buen funcionamiento de los equipos estarán garantizados.

Manuel Merelles / Ilustración: Jorge Monroy.

Diversas actividades productivas actuales requieren de un acondicionamiento preciso de sus espacios de manufactura, en términos de contaminación, para conseguir sus objetivos. Suelen utilizarse en las instalaciones de empacado e investigación, asociadas con las industrias de semiconductores, farmacéuticas, aeroespacial y de aplicaciones diversas, como en la construcción de láseres o en la industria óptica, instalaciones de microelectrónica, producción de algunas comidas asépticas o en las áreas críticas de hospitales.

Manejar un control de partículas y contaminación microbiana constante en los espacios, mientras se mantienen bajos costos operacionales y de instalación, es la exigencia principal.

Para esto, los cuartos limpios se construyen bajo un riguroso control ambiental que regula las partículas de aire, la temperatura, los niveles de humedad, la presión, el flujo de aire, las vibraciones, el sonido y la iluminación, elementos para el confort humano. Incluye la contaminación microbiana y por partículas, su concentración y dispersión.

Las fuentes de contaminación en estos espacios se dividen en internas y externas. Las fuentes externas se vinculan con el acceso de los contaminantes, principalmente por los sistemas de aire acondicionado, aunque también pueden infiltrarse a través de ventanas, puertas y grietas en los muros causadas por ductos, cables y tuberías. La contaminación externa generalmente se controla con una filtración de alta eficiencia, presurización de los espacios y el sellado de las penetraciones del espacio.

A0MH0076106Control. Además del control de humedad y temperatura, debe considerar control de partículas, control microbiano y descargas electro estáticas

En cuanto a las fuentes internas, la mayor reside en los usuarios del lugar y en los procesos que se desarrollan. La contaminación causada por el personal proviene de residuos cutáneos, pelusas textiles, cosméticos y las emisiones generadas por la respiración. Los procesos industriales, por su parte, generan contaminantes mediante combustión, vapores químicos, flamas de soldaduras y los agentes de limpieza.

El tamaño de las partículas puede variar entre 0.001 hasta cientos de micrones, y la gran preocupación radica en que lleguen a interactuar con agentes que deben mantener ciertos grados de pureza.

El control de las partículas en los cuartos limpios se realiza con base en el diseño del flujo de aire; sin embargo, a pesar de ser indispensable, de manera individual no garantiza que las condiciones objetivo se satisfagan. Por ello, se deben tomar en cuenta algunas medidas complementarias, como seleccionar cuidadosamente los materiales de construcción de paredes, pisos, techos, puertas, ventanas e iluminación, a fin de satisfacer los estándares requeridos.

Para quienes operen dentro de los cuartos limpios, es exigible utilizar la indumentaria adecuada para evitar la liberación de partículas.

El tipo de vestimenta dependerá del nivel de limpieza que requiera el proceso. Batas, guardapolvos, overoles, guantes y botas se emplean frecuentemente; también es común esterilizar el material que se utiliza en los cuartos limpios y limpiarlo antes de introducirlo en las instalaciones.

Sistemas de ventilación
Para minimizar la generación interna de contaminantes se deben tomar en cuenta algunas consideraciones respecto del diseño del flujo de aire:

  • Suministrar un flujo con suficiente volumen y calidad para satisfacer las necesidades de limpieza de las instalaciones
  • Introducir aire de manera que prevenga la formación de estancamientos en las áreas en las que las partículas puedan acumularse
  • Climatizar el área de tal manera que los requerimientos de temperatura, humedad y filtración se satisfagan

Los sistemas de aire acondicionado en cuartos limpios van más allá de un simple control de humedad y temperatura; su diseño debe considerar aspectos, como el control de partículas, control microbiano, descargas electroestáticas, contaminantes en estado gaseoso, control del flujo del aire, presurización y aspectos de ingeniería industrial.

Un sistema de ventilación dentro de un cuarto limpio difiere del que se emplea en cuartos normales en tres aspectos principales:

Incremento en el suministro de aire. Característica fundamental en el control de partículas, pues los sistemas de aire acondicionado tradicionales están diseñados para realizar entre 0.5 y dos renovaciones de aire por hora, basados esencialmente en la ocupación del inmueble o los niveles de extracción requeridos. Un cuarto limpio deberá tener, al menos, 10 renovaciones de aire por hora y podría llegar hasta 600 cambios de aire por hora para asegurar una limpieza absoluta en el ambiente

Uso de filtros de alta eficiencia. Dentro de un cuarto limpio se emplean para filtrar el aire en las entradas, de modo que se asegure la captura de partículas pequeñas. Los filtros de aire de alta eficiencia se encuentran instalados en los puntos de descarga de aire en las instalaciones de los cuartos limpios

Presurización del cuarto. La presurización del cuarto es proporcionada para garantizar que el aire sucio no tratado de otras áreas ingrese en los cuartos limpios; esto se logra al suministrar más aire del que se extrae de las instalaciones

A0MH0076105Limpieza. Los filtros utilizados en los cuartos limpios son capaces de eliminar partículas de hasta 0.3 µm con una eficiencia mínima de 99.97%

De acuerdo con el ingeniero Joel Hernández Álvarez, director General de TETRAA, empresa mexicana que cuenta con más de 10 años de experiencia en el suministro de soluciones de ingeniería en diversos sectores, entre los que se encuentran los cuartos limpios, en la parte regulatoria las normas suelen contener los rasgos propiamente normativas e informativas.

Esta última contiene consejos o recomendaciones útiles y frecuentemente forma parte de los anexos de la norma. Ya que las normas están elaboradas de manera general y no son específicas para una aplicación en particular, no darán soluciones de ingeniería; sin embargo, pueden usarse los anexos de las normas, como la ISO-14644-1, o bien las Prácticas Recomendadas de instituciones como el Institute of Environmental Sciences and Technology (IEST), así como solicitar la ayuda de personal o consultores con experiencia en el ramo.

“La instalación de los sistemas de ventilación en cuartos limpios presenta dificultades adicionales a las de un sistema típico de aire acondicionado. Estas dificultades residen en el control de la fabricación de los elementos y su posterior ensamble y requerimientos de sellado para evitar totalmente las infiltraciones de aire contaminado. Los conductos para llevar el aire desde las unidades manejadoras hasta introducirlo en los cuartos limpios deben mantener una limpieza adecuada durante su instalación y, además, deben estar totalmente sellados y pasar pruebas de hermeticidad que miden la cantidad de fugas (litros/s) por unidad de superficie de los conductos”, detalla el ingeniero Hernández.

La integración de los gabinetes o cajas de filtros terminales en el techo de cuartos limpios debe hacerse de tal forma que no haya posibilidad de ingreso de materiales contaminantes provenientes del exterior del cuarto, y la conexión de los conductos a los gabinetes o cajas de filtros terminales también debe sellarse totalmente. Al instalar filtros terminales se les han de realizar pruebas de integridad antes de iniciar la operación del cuarto limpio.

Igualmente, es esencial que el sistema completo se sujete a las pruebas necesarias para calificar y validar su funcionamiento correcto, para lo que tendrán que prepararse los protocolos correspondientes para ejecutar las calificaciones del sistema y validar que se cumplen los objetivos del proyecto. Todo debe quedar completamente documentado.

Puesto que el propósito principal de un cuarto limpio es tener control sobre las partículas suspendidas o transportadas por el aire, no contar con un sistema de ventilación adecuado para lograr la clasificación que se requiere puede resultar en falta de control de la contaminación interna o externa con los consecuentes riesgos de contaminación del producto, en la no obtención de la calidad que se requiere y en el incumplimiento de la normatividad aplicable.

Por otro lado, si ocurre un problema de contaminación, deben de tomarse las acciones necesarias para corregir esta situación y ejecutar un largo y costoso proceso de recalificación y revalidación.

La filtración del aire de suministro al cuarto limpio es primordial para mantener la concentración de partículas requerida, con el objetivo de cumplir con la clasificación del cuarto. La limpieza de un cuarto limpio ventilado convencionalmente (sin flujo unidireccional) depende de la cantidad y la calidad de aire suministrado, y de la eficiencia de mezclado del aire. En general, un cuarto limpio tiene suficiente suministro de aire para lograr un buen mezclado, por lo que la calidad de aire depende únicamente del aire suministrado. Es importante aclarar que la limpieza de un cuarto limpio suele depender del volumen de aire suministrado por unidad de tiempo, no de la tasa de cambios de aire.

Por ello, la calidad del aire de suministro debe ser considerable y portar la mínima cantidad de partículas suspendidas para que en su movimiento dentro del cuarto sea capaz de remover las partículas generadas y conducirlas hasta los filtros para eliminarlas en ellos antes de volver al cuarto.

Los filtros utilizados en los cuartos limpios son capaces de eliminar del aire de suministro partículas pequeñas de hasta 0.3 micrómetros (µm) y mayores con una eficiencia mínima de 99.97 por ciento. A estos filtros se les conoce como High Efficiency Particulate Air filters (HEPA). También se usan filtros de aire Ultra Low Particulate Air Filter (ULPA), con eficiencia mayor de 99.99 por ciento en partículas de 0.1 a 0.2 µm. Usualmente, en los cuartos limpios se instalan filtros terminales de alta eficiencia (HEPA o ULPA) en el techo para introducir el aire directamente al cuarto.

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