Indicaciones en el diseño de sistemas de filtración en cuartos limpios. La filtración involucra la separación de las partículas de las corrientes de aire.
Todo el aire que se introduce en un área controlada debe ser filtrado. La filtración de aire involucra la separación de las “partículas” de las corrientes de aire. Dentro del diseño de filtración en cuartos limpios, los métodos para retirarlas son casi tan diversos como los rangos de tamaño de las partículas generadas. La comprensión de las técnicas de separación requiere una definición exacta de lo que son las partículas. En la medida en que las partículas se hacen muy pequeñas, dejan de comportarse como partículas para asemejarse más al comportamiento de las moléculas en estado gaseoso.
Es difícil determinar si realmente esas partículas están suspendidas en el aire (partículas) o se difuminan a través de él (gas o vapor). El límite inferior en que las partículas actúan realmente como partículas es de más o menos 0.01 micrones. La teoría normal de separación no se aplica a partículas por debajo de este tamaño y removerlas del aire requiere técnicas reservada para los materiales gaseosos. Las partículas por encima de 0.01 micrones se consideran normalmente como filtrables.
Todo el aire que entra en un cuarto limpio debe ser tratado por uno o más filtros. Los filtros de aire de alta eficiencia para partículas (HEPA) y los filtros de penetración de aire super baja (ULPA) son los filtros más utilizados en el diseño de sistemas de filtración en cuartos limpios.
Por muchos años, la industria de la microelectrónica ha sido pionera en la tecnología de los cuartos limpios. La necesidad de unos filtros más eficientes y el diseño de sistemas de filtración en cuartos limpios, ha venido desde ésta y otras industrias relacionadas. El filtro ULPA (Ultra Low Penetration Air filter) con una eficiencia del 99.9995% en partículas de 0.12 micrones ha sido utilizado de manera efectiva en los cuartos limpios más rigurosos. Existen filtros más eficientes disponibles, pero son costosos y no han encontrado una gran aceptación. Existen eficiencias de hasta el 99.99% y el 99.999% en filtros que están a la venta por una serie de fabricantes y que han probado su efectividad en su aplicación en cuartos limpios muy rigurosos.
Los filtros HEPA (de aire de alta eficiencia para partículas) tienen una eficiencia del 99.97% en partículas de 0.3 micrones, y han sido los caballos de batalla de la industria de cuartos limpios por muchos años. Todavía se usan ampliamente en la industria farmacéutica para cumplir incluso con los requisitos más estrictos de limpieza de la FDA. En la medida en que los instrumentos de medición de los filtros han madurado junto con el diseño de sistemas de filtración en cuartos limpios, y cada vez se pueden medir partículas más pequeñas de manera fiable, los datos evaluados muestran que tanto los filtros ULPA como los HEPA dejan pasar más partículas en el rango de 0.1 a 0.2 micrones que de cualquier otro tamaño. De hecho, los filtros muestran sus rangos de eficacia tanto en el tamaño de partículas de 0.12 como de 0.3 micrones y tienen una eficiencia más alta en las partículas más grandes y más pequeñas. Para aplicaciones más rigurosas, es común ver las especificaciones de eficiencia de los filtros basadas en el tamaño de partícula más penetrante (MPPS, Most Penetrating particle size) en lugar de un tamaño específico de 0.12 o 0.3 micrones. El MPPS puede variar ligeramente entre los lotes de filtros. La especificación de la eficacia deseada en el “peor de los casos” de un tamaño de partícula ha encontrado el favor de algunos diseñadores y fabricantes de filtros, a la hora del diseño de sistemas de filtración en cuartos limpios.
La mayoría de los cuartos limpios intermedios o más rigurosos se construyen con los filtros en el techo. Los filtros pueden ser instalados en grupos alojados en un sistema modular de cámaras de presión que facilita su instalación y limpieza en el techo del cuarto limpio. También pueden ser instalados en alojamientos individuales de filtros, conductos individuales, suspendidos en un sistema de soporte de rejilla de “T” invertida, y sellados para prevenir la entrada de aire sin filtrar en el cuarto limpio. Las cámaras de presión “Stick Built” todavía se utilizan. Sin embargo, los diferentes esquemas modulares disponibles ofrecen un mejor control de la velocidad del aire, así como un mejor control del ambiente y prácticamente han reemplazado el diseño de “Stick Built”
El uso de unidades de filtro/ventilador integrados se ha expandido en el diseño de sistemas de filtración en cuartos limpios. En algunos productos el filtro es reemplazable. En otros, el módulo entero se desecha al final de su vida útil. Vienen en diversos tamaños y están diseñados para encajar en un sistema de rejilla de “T” invertida. También están disponibles diferentes voltajes de motor para soportar una variedad de esquemas de diseño eléctrico. Algunos esquemas de control sofisticados han sido ideados para monitorear la operación individual de los ventiladores de los filtros, registrar el uso de energía, señalar un fallo en el motor, controlar los bancos de los ventiladores de los filtros y variar la velocidad de los ventiladores en función de las distintas operaciones a lo largo del día. Su aplicación es útil en todas las clases de cuartos limpios y por tanto, en el diseño de sistemas de filtración en cuartos limpios.
La velocidad de entrada de los filtros montados en el techo generalmente puede llegar a ser tan alta como 130 fpm (0.66m/s) o tan baja como 50 fpm (0.25 m/s) dependiendo del diseño del sistema. Debido a que el sistema de soporte de los filtros, como la rejilla de “T” invertida, puede llegar a ocupar hasta el 20% del área del techo, una velocidad de entrada del filtro de 100 fpm (0.51 m/s) se traduce en una velocidad media de 80 fpm (0.41 m/s) en la superficie de trabajo dentro del cuarto limpio.
Instalar los filtros HEPA/ULPA, en el diseño de sistemas de filtración en cuartos limpios, directamente en el techo del cuarto limpio se haría como consecuencia del deseo de minimizar, si no eliminar, las superficies donde se pueda acumular el polvo, como el interior de los ductos, entre la cara inferior del filtro y el cuarto limpio. El montaje remoto de los filtros HEPA es común en cuartos limpios menos rigurosos, ya que el número de partículas que pueden aportar los ductos corriente abajo de los filtros HEPA se encuentra en una pequeña proporción que puede ser tolerada. Una excepción sería cuando un sistema tradicional de aire acondicionado sin una clasificación de limpieza se actualiza para soportar un cuarto limpio que pretende obtener la calificación del estándar federal 209 o el estándar ISO 12644. En ese caso, todos los ductos corriente abajo del filtro deben ser limpiados en profundidad. Los ventiladores de cabina o manipuladores de aire con rejillas de filtros HEPA en el lado de salida son utilizados en los cuartos limpios menos rigurosos.
Los filtros HEPA utilizados en estas instalaciones son generalmente filtros de alta velocidad, basados en una velocidad de entrada del filtro de 500 fpm (2.54 m/s), con una disminución de presión significativa en comparación con aquellos utilizados en las instalaciones del techo. Un filtro HEPA de alta velocidad de 2ft x 2ft (600mm x 600mm) puede tener un descenso de presión de w.c. de 1.5 pulgadas (375 Pa) a 500 fpm (2.54 m/s). El típico filtro de techo está diseñado para un descenso de presión en el orden de 0.5 pulgadas C.A. (columna de agua) (125 Pa) con una velocidad de entrada de 100 fpm (0.5 m/s).
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