Dohled nad přetékáním místnosti

Dohled nad přetékáním místnosti

Úvod
Nový senzor proudění od společnosti SCHMIDT Technology přináší zcela nové vlastnosti. V velmi štíhlém kovovém pouzdru se skrývá termočidlová sondy proudění, která dokáže detekovat směr proudění i měřit rychlost proudění ve dvou směrech. Tato sonda přichází s cílem výrazně zlepšit sledování proudění v oblasti čistých prostor. Jedním z případů použití je sledování přetékání místností. Tento zpráva si klade za cíl ukázat, co se skrývá za pojmem přetékání místností, jakými prostředky bylo dosud zjišťováno a jak lze přetékání místností zlepšit pomocí tohoto nového senzoru.

Co je to přetékání místností?
Pokud se v čistých prostorách produkty zpracovávají otevřeně, je často nutné zajistit, že kontaminovaný vzduch z přilehlých místností nevnikne do nich a nepoškodí otevřené produkty. To lze zajistit buď tím, že místnosti budou homogenně uzavřeny (izolační technika), nebo tím, že bude zajištěno nucené přetékání vzduchu z chráněné místnosti do sousední místnosti. Za tímto účelem se v chráněné místnosti vytvoří přetlak, a v důsledku toho bude vzduch proudít ven přes všechny dostupné otvory a zabrání tak vniknutí kontaminovaného vzduchu. Pro udržení této stabilní situace je obvykle dostačující vést kontinuální přívod vzduchu do místnosti s přetlakem a pomocí diferenčního tlakového senzoru udržovat místnost na konstantním přetlaku. Při přetlaku větším než 15 Pascalů a u téměř těsně uzavřených místností je to dobře proveditelné.

Pokud se však jedná o místnost s častým otevíráním dveří nebo s velkými otvory ve stěně, například pro dopravníky produktů, pak často nelze udržet tak velký rozdíl tlaku. U těchto místností se proto pracuje s velmi malým přetlakem a bezpečnost produktu je zajištěna tím, že místo diferenčního tlaku se sleduje přetékající vzduch mezi místnostmi. Pokud již existuje vhodný otvor ve stěně, lze do něj umístit měřicí zařízení. Jinak se nainstaluje speciální otvor pro přetékání ve stěně.

Pro odhad, jak se rozdíl tlaku v místnosti projeví na rychlosti přetékání, lze v prvním přiblížení použít „Torricelliho“ zákon výtoku, pokud se předpokládá, že se jedná o tenkou stěnu a otvor dostatečné velikosti.

w = odmocnina z (2 × delta p / p)

kde:
w = rychlost proudění m/s
delta p = rozdíl tlaku [Pa]
p = hustota média [kg/m^3]

Za podmínek vzduchu v místnosti při 20°C při standardním tlaku 1013,25 hPa dává výpočet následující vztah:

Rozdíl tlaku [Pa] Rychlost w [m/s]
0,01 0,13
0,1 0,41
1 1,29
5 2,89
10 4,08
15 5,00
20 5,77
30 7,07

Na základě tohoto výpočtu lze poznat, že senzor proudění umístěný v otvoru pro přetékání dokáže i při velmi malých rozdílech tlaku stále ještě detekovat přetékání.
Současná řešení
Nejbezpečnějším řešením, jak zabránit zpětnému proudění mezi místnostmi, je, jak již bylo řečeno, vytvořit co nejvyšší rozdíl tlaku. V farmaceutických čistých prostorách jsou běžné rozdíly tlaku mezi 15 a 30 Pascalů. To, že nastavený rozdíl tlaku skutečně vytváří požadované přetékání, je při kontrolách potvrzeno vizualizací proudění pomocí kouřových částic. Pro trvalé sledování přetékání se často používají diferenční tlakovové senzory, které dokážou prokázat, že požadovaný rozdíl tlaku je stále udržován. Slabým místem tohoto řešení je, že signál těchto senzorů při velmi malých rozdílech tlaku je nestabilní, což nutí udržovat relativně vysoký tlak. Alternativně se v speciálně vložených stěnových otvorech používají větrníky, které umožňují číst směr proudění. Tento přístup je však také relativně necitlivý a vzhledem k absenci elektrického rozhraní jej nelze začlenit do elektronického monitorovacího systému. Jako alternativu se někdy používají běžné senzory proudění umístěné v otvoru pro přetékání. Tyto senzory však nedokážou rozpoznat směr proudění.

Princip funkce nového senzoru
Senzor proudění SS 20.400 je prvním senzorem od společnosti SCHMIDT, který dokáže rozpoznat směr proudícího vzduchu. Tento senzor pracuje na principu termočidla (také nazývaného principem topného drátu). Termočidla se odlišují od jiných měřičů proudění vzduchu následujícími výhodami:

- minimální měřitelné rychlosti proudění (od 0,05 m/s)
- žádné pohyblivé části a tím žádné opotřebení
- velmi malý odpor proudění, resp. malý pokles tlaku na měřicím místě

Nový senzor typu SS 20.400 má ještě několik dalších výhod, které si nyní podrobněji představíme.
Element a elektronika v miniaturním formátu
Pro ochranu proti mechanickému namáhání vložila společnost SCHMIDT senzorový prvek do komory, která je označována jako „hlava komory“. Díky pečlivému aerodynamickému tvarování této hlavy komory bylo zajištěno, že i nepřesná montáž senzoru (lehké pootočení vůči směru proudění nebo naklopení proti ose senzoru) má minimální vliv na měřený výsledek. V přímo za senzorem v těle senzoru je umístěna velmi malá vyhodnocovací elektronika, takže hledat externí měřicí převodník je zbytečné. Jádrem elektroniky je mikroprocesor, který je propojen s okolím přes následující rozhraní: analogový výstup 4–20 mA / 0–10 V, výstup směru, výstup prahu (oba jako open collector) a rozhraní RS 232. Analogový výstup poskytuje lineární signál jak při proudění vzduchu vpřed, tak vzad. Pomocí sériového rozhraní si uživatel může senzor přesně přizpůsobit svým potřebám. K tomu společnost SCHMIDT Technology nabízí programovací sadu, kterou lze snadno ovládat přes PC.

Výhody nového senzoru
· Jednoznačné rozpoznání směru
· Měření ve dvou směrech
· Velmi rychlá odezva v ms rozsahu
· Zabudované spínací výstupy
dále také jako hlídač pro přímé upozornění na alarm
· Velmi malé rozměry
· Parametrizace přes PC
· Vestavěné sledování znečištění
· Materiály vhodné pro GMP

Technické údaje
Tvar: ponořovací sonda (Ø 9 x 150 mm včetně konektoru),
měřicí převodník integrován v těle senzoru.
Použití: volně proudící vzduch a vedený vzduch v potrubích od 15 do 1000 mm
Měřicí rozsahy: 1 / 2,5 / 10 / 20 m/s (v obou směrech)
Začátek měřicího rozsahu: 0,05 m/s
Tlak: atmosférický, 700 .. 1300 hPa
Montáž: volitelně na stěnu, na přírubu nebo průchozí šroubení
Napájení: 12 – 24 VDC / pod 10 mA
Výstupy: 0 / 4 ... 20 mA, 0..10 V, 0..5 V,
2 open collector výstupy pro směr a práh
RS 232 pro parametrizaci

Použití nového senzoru
Senzor proudění SCHMIDT SS 20.400 má všechny vlastnosti, které umožňují spolehlivě sledovat přetékání. Pro montáž senzoru před otvorem pro přetékání je k dispozici vhodná stěnová montážní deska. Do ní se našroubuje tenká sonda a nastaví se tak, aby měřicí prvek byl uprostřed otvoru a aby štěrbina senzoru byla v ose otvoru. Pomocí analogového výstupu lze nyní sledovat rychlost proudění vzduchu proudícího otvorem. Protože senzor dokáže měřit již od 0,05 m/s, lze přetékání stále ještě detekovat i při velmi malých rozdílech tlaku. Pokud senzor již nedokáže detekovat přední proudění nebo dojde k zpětnému proudění, oznámí tento stav přes svůj spínací výstup OC1.

Pomocí programovací sady si může uživatel upravit analogový signál senzoru a nastavit spínací prahy spínacích výstupů podle svých potřeb. Tím lze senzor ideálně přizpůsobit každému použití.

Nový senzor je nabízen v různých variantách, což mu otevírá další možnosti použití v oblasti čistých prostor:
Monitorování laminárního proudění
Měření objemového průtoku v přívodních a odvodních kanálech
Monitorování chladicího vzduchu
Kontrola proudění v ochranných atmosférách

Závěr
Senzor proudění SS 20.400 otevírá nové možnosti pro monitorování proudění v čistých prostorách. Zejména pro sledování přetékání místností může tento senzor nabídnout následující výhody:

· Stabilní signál i při nejmenších rozdílech tlaku
· Vyhýbání se zbytečným alarmům
· Snadná montáž
· Snadná údržba v zabudovaném stavu
· Rychlá instalace a demontáž (například pro kalibraci)
· Kalibrace v každém dobrém větracím tunelu je možná


Odkazy:
Stöcker, Kapesníček fyziky, 2. vydání 1994