Come le finestre per ambienti a contaminazione controllata influenzano il flusso laminare nelle cleanroom con FFU

Il principio fondamentale del controllo della contaminazione nelle camere pulite con FFU (Fan Filter Unit) è il flusso laminare. Può trattarsi di una linea di riempimento farmaceutico, di uno stepper per wafer semiconduttori o di un tavolo operatorio ospedaliero; in tutti i casi, il flusso d’aria procede sempre dall’area critica verso la zona in cui le particelle vengono rimosse. Tuttavia, il flusso laminare è soggetto a perturbazioni: può essere disturbato da qualsiasi irregolarità, differenza di pressione o di temperatura sulla superficie. Le finestre sono considerate un elemento architettonico passivo, ma in realtà influenzano le prestazioni del flusso laminare ed è possibile misurare tale impatto. Esistono quattro modi in cui le finestre influenzano il flusso laminare nelle camere pulite con FFU.

1. Le sporgenze superficiali generano scie turbolente

Il profilo fisico è l’impatto iniziale che una finestra ha sul flusso laminare. Il "distacco" tra le finestre tradizionali e le relative cornici, nonché tra maniglie/davanzali e finestra, è di 10-30 mm fuori piano. Il flusso d’aria generato dall’FFU è diretto verso il basso (flusso d’aria tipico di 0,3-0,5 m/s nelle camere bianche di classe ISO 5) e incontra questa sporgenza, staccandosi dalla parete. A valle dell’ostacolo si genera una scia turbolenta alta 10-20 volte l’ostacolo stesso. L’estensione della zona turbolenta, per una cornice sporgente di 20 mm, è compresa tra 200 mm e 400 mm dalla parete.

Con finestre "a filo" è possibile eliminare questo problema. Le finestre per ambienti sterili Huaao sono progettate per essere inserite a sandwich nella parete dell'ambiente sterile. Il telaio rimane nascosto dietro il piano del vetro e non sono presenti maniglie. Le simulazioni CFD rivelano che la differenza di velocità tra la parete e il bordo della finestra è inferiore al 5% per le finestre a filo Huaao, contro il 20-30% delle finestre convenzionali. Questa differenza ha un impatto diretto sul numero di particelle che si formano nell’area operatoria in ambienti critici a flusso laminare, come le sale operatorie degli ospedali.

2. La rugosità superficiale perturba lo strato limite

Se il telaio della finestra non sporge, il flusso laminare viene comunque influenzato dalla texture superficiale del telaio e del vetro. Gli strati limite laminari sono estremamente sottili e, in un’area sterile, hanno uno spessore di soli pochi millimetri. Una rugosità superficiale superiore allo spessore dello strato limite può causare la transizione del flusso da laminare a turbolento.

La produzione di telai per finestre di Huaao si basa su alluminio rivestito a polvere, il cui trattamento superficiale ha uno spessore inferiore a 0,8 micrometri. Il vetro è un vetro piano levigato con qualità ottiche elevate. Tutti i giunti tra telaio e vetro sono continui (senza gradini o fessure). Questo livello di finitura garantisce un flusso laminare e uno strato limite uniforme su tutta la superficie della parete. La rugosità superficiale rappresenta un fattore estremamente importante nel conteggio delle particelle nelle camere pulite, in particolare nelle camere pulite di classe ISO 4 e ISO 5.

3. Perdite d'aria che aggirano la filtrazione degli FFU

L'integrità della pressione è fondamentale, così come un flusso d'aria uniforme per ottenere un flusso laminare. La specifica relativa alle perdite d'aria per finestre di qualità media è di 1 m³/h a 50 Pa. Se una finestra presenta una perdita di 1 m³/h/Pa, dell'aria entrerà nella camera pulita senza essere filtrata. Si tratta di aria di by-pass contenente particelle non rimosse dagli FFU, con conseguente aumento della contaminazione da particelle in determinate aree.

Tutte le finestre e i pannelli in vetro di Huaao sono sottoposti a test di tenuta all'aria conformemente alle norme GB/T 7106 e ISO 13830. Nelle nostre finestre utilizziamo guarnizioni in EPDM a celle chiuse o in silicone e serrature a compressione multipunto, che garantiscono un tasso di perdita d'aria inferiore a 0,5 m³/h a 50 Pa. Per applicazioni critiche è disponibile anche una configurazione con doppia guarnizione, compresa una cavità opzionale testabile che consente di verificare l’integrità della tenuta senza dover smontare la finestra. Le finestre Huaao prevengono le perdite, garantendo che l’aria all’interno della stanza pulita passi attraverso i filtri HEPA delle unità di filtrazione ad aria (FFU).

4. I gradienti di temperatura causano accumuli localizzati

Un altro effetto della spinta di galleggiamento riguarda il flusso di un gas ideale in condizioni stazionarie. Se la temperatura di una superficie della finestra è molto elevata o molto bassa rispetto alla temperatura ambiente, si generano correnti di convezione naturale. Queste correnti hanno direzione opposta alla corrente discendente prodotta dalle FFU e creano zone di "sedimentazione" delle particelle, costituendo aree di ricircolazione.

Le finestre per ambienti puliti di Huaao sono a doppio o triplo vetro, con riempimento di gas argon o krypton. I ponti termici sono prevenuti grazie all'inserimento di interruzioni termiche nei telai. Le proprietà termiche sono particolarmente vantaggiose nelle sale operatorie e negli ambienti puliti ospedalieri, dove vengono utilizzate nella parete esterna, o negli ambienti puliti farmaceutici, nei quali la temperatura deve essere controllata con precisione entro una finestra termica ristretta, solitamente ±0,5 °C. Ciò consente di ottenere un campo di flusso laminare uniforme e prevedibile.

Sintesi

Le protuberanze superficiali, che generano scie turbolente, la rugosità superficiale, che disturba lo strato limite, le perdite intorno alle unità di filtrazione a flusso laminare (FFU), il passaggio dell’aria inosservata attraverso il filtro e la differenza di temperatura, che crea una ricircolazione dovuta alla spinta di galleggiamento, sono i quattro meccanismi che influenzano il flusso laminare nelle camere pulite con FFU. I problemi vengono risolti grazie alle finestre per camere pulite prodotte dal gruppo nazionale di alta tecnologia Huaao Clean Technology Group, dotato di 6 stabilimenti, un’area complessiva di linee di produzione pari a 250.000 m², 800 dipendenti esperti e un fatturato annuo di 1 miliardo di RMB. Il sistema modulare completo e integrato per camere pulite comprende pannelli per camere pulite, porte e finestre, profili in alluminio, pavimentazioni in PVC, apparecchiature di purificazione, lampade asettiche, valvole di ventilazione, ecc., tutti forniti da Huaao. Contattate subito Huaao e fate sì che le finestre per la vostra camera pulita con FFU non perturbino, ma contribuiscano attivamente alla creazione di un flusso laminare.