Hay algo en el aire

Climet Contador de partículas

Laboratorio de calibración de la CAS

Climet Contador de partículas en uso

Sede central de CAS en Suiza

La formación de partículas no se puede evitar. Sin embargo, en el lugar equivocado y con la concentración incorrecta, pueden tener efectos fatales. En los hospitales, por ejemplo, pueden provocar infecciones o contaminar productos en la industria farmacéutica. Esto solo puede prevenirse con instrumentos de medición complejos y un socio de servicio confiable, que tenga experiencia de muchos años en tecnología de medición de partículas y conozca los criterios más importantes al adquirir un contador de partículas.

Muy pocos de nosotros estamos rodeados de aire puro. No aparece en nuestra vida cotidiana normal. Sin embargo, se ha vuelto imprescindible en ciertos ámbitos, como en la industria farmacéutica o en el sector de la salud. Justamente estos segmentos han cambiado notablemente en los últimos años. Por ejemplo, en Suiza, Alemania y Austria se han establecido nuevas directrices para sistemas de ventilación en el sector sanitario y en entornos controlados. Su objetivo es mantener la concentración de partículas en suspensión en áreas sensibles lo más baja posible.

Todos estamos rodeados diariamente por una gran cantidad de partículas. Algunas de ellas son producidas por el propio ser humano. El volumen de estas partículas varía mucho. Solo son perceptibles a simple vista a partir de un tamaño de aproximadamente 50 micrómetros (µm), como por ejemplo en forma de polen, polvo de cemento o estornudos. Bacterias, que tienen tamaños de partícula de 0.3 a 30 µm, ya no son visibles de manera convencional, por no hablar de la contaminación del aire exterior normal (0.01 a 1), el humo del tabaco (0.01 a 0.3) o virus y proteínas (0.01 a 0.1). Estas dimensiones son en realidad difíciles de imaginar. Para tener una comparación de tamaño, se puede aplicar la siguiente analogía: imagina la relación de volumen de la Tierra en comparación con una pelota de tenis. Esta proporción es aproximadamente igual a si compararas una partícula de 1 micrómetro de diámetro con una pelota de tenis. Aun así, solo podemos intuir el tamaño real, ya que supera nuestra capacidad de imaginación. Sin embargo, para nuestra vida cotidiana, la medición y definición clara de estas partículas se ha vuelto imprescindible.

Aerosoles en el uso diario
Los aerosoles, es decir, pequeñas partículas que se encuentran en todas partes en el aire, se utilizan hoy en día en diversos ámbitos. Debido a su pequeño tamaño, pueden atravesar sin obstáculos los sistemas de filtración de vías respiratorias humanas. Dependiendo del tamaño, penetran por los bronquios hasta llegar a los llamados alvéolos pulmonares y desde allí, en algunos casos, ingresan en la circulación sanguínea. Esta capacidad de los aerosoles se aprovecha en medicina: en aerosoles inhaladores se utilizan partículas activas. Pero si las partículas transportan sustancias cancerígenas, entonces esto es peligrosamente dañino para nuestro cuerpo. Esto sucede, por ejemplo, al fumar o al inhalar gases de escape.

También en la agricultura se emplean aerosoles. Aquí se usan para pulverizar insecticidas y productos fitosanitarios. Y en el sector técnico, para pinturas o tintes, o en uso privado, en aerosoles para el cabello o productos de limpieza, también son imprescindibles.

El polvo como factor de perturbación
Las partículas también pueden actuar como agentes perturbadores. En la industria eléctrica, donde se fabrican chips con circuitos cuyos conductores están separados por fracciones de micrómetro, incluso una partícula de polvo puede causar un cortocircuito. Por ello, es fundamental crear un ambiente de trabajo libre de polvo para la fabricación de estos productos. Lo mismo ocurre en la industria farmacéutica o en el sector sanitario. No se puede imaginar qué infecciones podrían originarse por bacterias o virus. Como no es posible eliminar completamente los gérmenes, también aquí se debe garantizar aire libre de polvo. La tecnología que se ocupa de prevenir contaminaciones por polvo en medicina y tecnología se llama tecnología de salas limpias.

Lo que produce el ser humano
En términos generales, se distinguen dos tipos de origen de aerosoles: aerosoles naturales, como niebla, polvo del Sahara, bacterias, virus, humo de incendios forestales y polvo de flores. O aerosoles industriales, como emisiones de fábricas, tráfico o calefacción doméstica. Además, el ser humano es un prolífico productor de aerosoles. Sin realizar ninguna actividad específica, genera alrededor de 100,000 partículas por minuto. Con un ligero movimiento de cabeza, esa cantidad ya sube a 500,000 partículas, y al caminar, la cifra se dispara a 5 millones. La gran emisión de partículas es una de las razones por las que en diferentes ámbitos se requiere vestir ropa de trabajo especial. La conducta profesional en un llamado ambiente de sala limpia se entrena incluso mediante cursos específicos, para mantener la "contaminación" lo más baja posible.

El funcionamiento de los contadores de partículas
Por mucho que no se pueda evitar la formación de partículas, lo importante —según el campo de aplicación— es la concentración efectiva de estas sustancias. Para ello, se utilizan contadores de partículas. El principio de funcionamiento de estos dispositivos puede explicarse con un ejemplo sencillo: si te colocas en un granero oscuro, donde los rayos del sol atraviesan las paredes de madera, notarás que algunos rayos parecen menos brillantes que otros. Estas diferencias en la luz se explican por el polvo en suspensión en el interior del granero. Un contador de partículas funciona según un principio similar. Un haz láser reemplaza los rayos solares y la oscuridad del granero se sustituye por la cámara oscura del sensor. A simple vista, ya no se puede distinguir el polvo detectado por el contador de partículas. En salas limpias, generalmente se detectan partículas de 0.3 a 5.0 µm. En la fabricación de dispositivos electrónicos, a veces también se consideran partículas de 0.1 µm de diámetro.

Análisis de datos
El procedimiento en una medición es siempre el mismo: en general, los contadores de partículas están configurados para que no pase nada mientras solo fluye aire limpio a través de la célula de medición. Pero si pequeñas partículas de polvo ingresan en la cámara oscura descrita anteriormente (célula de medición) y atraviesan el haz láser, la luz se dispersa. Normalmente, una partícula pequeña genera una luz débil, mientras que una grande produce una luz fuerte. La cámara reflectante refleja estos haces en un fotodetector, que convierte la energía luminosa en señales eléctricas.
Como base para el cálculo final, se utiliza la fórmula de que la luz en relación con el tamaño de la partícula es proporcional a la señal eléctrica generada por la partícula. A partir de esta relación, se realizan los análisis y evaluaciones de datos posteriores. La precisión depende en última instancia de la construcción del contador de partículas. Para completarlo, se añaden circuitos electrónicos especiales y una etapa amplificadora que soporta la señal electrónica muy débil. Además, un sistema complementario filtra todos los "ruidos" no deseados. Finalmente, las señales son analizadas por un procesador digital patentado. Dispositivos digitales adicionales permiten mostrar los datos en una pantalla y realizar impresiones.

Evaluaciones más rápidas
En un contador de partículas, también el factor tiempo es decisivo. Los diferentes proveedores promocionan sus productos en función del período durante el cual se puede medir un metro cúbico de aire. Antes, el volumen de aspiración de los contadores era principalmente de un pie cúbico por minuto, lo que equivale a 28.3 litros por minuto. Esta unidad proviene del estándar estadounidense "US Federal Standard". Para medir un metro cúbico de aire, estos dispositivos necesitan más de 35 minutos de medición.

Pero el desarrollo no se detuvo allí. Actualmente, en el mercado se encuentran dispositivos con volúmenes de flujo de 50, 75 o 100 litros por minuto. Esto permite reducir significativamente el tiempo de medición, y para una muestra de 1 metro cúbico de aire con un aparato de 100 litros, el proceso dura solo unos 10 minutos.

Calibración como garantía de calidad
La calibración del contador de partículas es fundamental para su calidad. Cada fabricante tiene sus propias instrucciones sobre cómo calibrar y ajustar los dispositivos. Para la calibración de tamaño, generalmente se utilizan partículas de látex monodispersas certificadas. Estas se pulverizan y se introducen en los dispositivos. Las pequeñas bolitas blancas generan una distribución gaussiana, cuya posición es crucial para la precisión en el conteo de partículas. Esta curva puede desplazarse de un año a otro. Factores que pueden influir en esto incluyen: contaminación de la célula de medición o del detector, cambios en la potencia del láser, flujo demasiado bajo o alto, etc.

El proceso de calibración de un contador de partículas debe realizarse en los siguientes pasos:
- Control de entrada (registro del estado actual, medición realizada)
- Trabajos de mantenimiento y reparación
- Ajuste (configuración para la desviación mínima posible)
- Calibración en la salida (prueba de eficiencia de conteo)

Para lograr una calibración y mantenimiento óptimos, se recomienda enviar el equipo solo a un socio de servicio autorizado para la inspección anual. Solo estos laboratorios de calibración oficiales disponen de los datos técnicos de los instrumentos y conocen los procedimientos de mantenimiento precisos.

Autodiagnóstico
Para que en el uso diario en el lugar de trabajo se pueda realizar en cualquier momento una verificación del funcionamiento, muchos contadores de partículas disponen de un "autodiagnóstico" integrado. Con este, se supervisan el estado del láser y del flujo. Tras una calibración, por ejemplo, un ligero chasquido de dedos puede generar una contaminación intencionada. Las partículas producidas por el chasquido son detectadas por el láser y el cliente puede asegurarse de que el modo de conteo funciona correctamente. Luego, se puede realizar una prueba del sistema con un filtro de conteo cero, colocándolo mejor directamente en la manguera de medición. El aire se aspira a través del filtro y se conduce por la manguera a la célula de medición. Si no se detectan partículas, se puede estar seguro de que todos los elementos están limpios y que el resultado de la medición no se ve afectado por factores perturbadores. En general, estas verificaciones de funcionamiento pueden repetirse en cualquier momento. Por supuesto, cuanto más frecuente sea la revisión del sistema, mayor será la seguridad.

Aplicación de los contadores de partículas
Los contadores de partículas se utilizan en diferentes ámbitos y situaciones. Principalmente, en las áreas de "clasificación", "pruebas de integridad de sistemas de filtración", "mediciones de aire comprimido" y "sistemas de monitoreo".

Las salas limpias son necesarias para procesos de fabricación especiales, especialmente en la fabricación de semiconductores, donde partículas en el aire normal podrían interferir en la estructuración de circuitos integrados a fracciones de micrómetro. Otros usos de salas limpias o tecnología de salas limpias se encuentran en óptica y tecnología láser, aeroespacial, ciencias biológicas, investigación y tratamiento médico, producción de alimentos y medicamentos libres de gérmenes, y en nanotecnología.

Medición en lugares complicados
Para determinar con precisión las partículas, se utiliza una sonda isocinética. La isocinética asegura que las partículas caigan en la sonda en lugar de ser aspiradas. Esto se debe a que la aspiración genera remolinos de aire que podrían causar mediciones erróneas. La sonda isocinética evita esto y garantiza resultados extremadamente precisos. Normalmente, se usan sondas redondas, cuyo diámetro varía según el volumen de aspiración del contador de partículas. Por lo general, la sonda se conecta al equipo mediante una manguera. Esto permite colocarlas en lugares complicados y de difícil acceso, sin que la medición sea afectada o distorsionada por humanos o máquinas.

Es importante que la manguera, conocida en la jerga técnica como "manguera Hytrel", tenga un recubrimiento especial. Esto evita que se acumulen partículas en su interior. Además, la sonda isocinética debe colocarse en un punto específico del flujo de aire. Si la dirección del flujo no puede controlarse o predecirse, por ejemplo en una mezcla turbulenta, la entrada de la sonda debe orientarse verticalmente hacia arriba. En general, el contador de partículas debe configurarse según las instrucciones del fabricante. Cualquier desviación puede causar mediciones incorrectas.

Pero también existen desventajas en el uso de una manguera Hytrel. Aunque no hay estudios exhaustivos sobre este tema, la experiencia práctica indica que partículas de 1.0 µm o más pueden perderse en la manguera y no llegar a la célula de medición. Las sospechas de que estas partículas permanecen en la manguera y se detectan como errores no se han confirmado hasta ahora. Se supone que las partículas más grandes se fragmentan durante la "transmisión" y se detectan como partículas pequeñas por la célula de medición.

Clasificación de la pureza del aire
Para operar una sala limpia, se deben realizar mediciones de partículas después de la construcción y durante su funcionamiento. A partir de estas mediciones, se puede clasificar la pureza del aire en salas limpias y áreas relacionadas. La norma que regula esto es la ISO 14644-1. La norma se refiere únicamente a la concentración de partículas en suspensión en el aire. El elemento principal de la calificación de una sala limpia es el valor de medición y la conclusión derivada de él, que indica si la sala cumple con los requisitos. En la industria farmacéutica, estos resultados son cruciales para garantizar la operación. Las aplicaciones exigentes requieren condiciones ambientales estables. Cualquier incumplimiento de los valores establecidos puede, por ejemplo, causar fallos en la producción y situaciones costosas. Por ello, el procedimiento de prueba en una "clasificación" es muy exhaustivo. Además de contar las partículas en suspensión, también se verifican el flujo, la presión diferencial del aire, la temperatura y la humedad.

Una sala limpia se construye fundamentalmente para que la cantidad de partículas en suspensión introducidas o generadas en el interior sea lo menor posible. Dependiendo del uso, solo se controla la cantidad de partículas o también la de gérmenes, como en la fabricación de productos farmacéuticos. Para cumplir con estas condiciones, se emplean diversos métodos para evitar que partículas no deseadas ingresen al aire y para eliminar las partículas ya presentes en el aire.

Prueba de integridad del sistema de filtración mediante contador de partículas
La prueba de integridad del sistema de filtración es otra aplicación de los contadores de partículas. Es necesaria para descartar de manera concluyente posibles daños en filtros HEPA o ULPA. El principio de la prueba es relativamente complejo: antes del filtro, el aire crudo se carga con aerosol. Es decir, se introduce intencionadamente contaminación en el aire. Como este aire tiene una alta concentración de partículas, se coloca un sistema de dilución entre el aire y el contador de partículas. Estos sistemas suelen tener una relación de dilución de 1:100 o 1:10. Permiten medir el aire crudo durante toda la prueba. Para detectar posibles fugas, se debe escanear todo el sistema de filtración con una sonda de medición. Preferiblemente, se usa una sonda cuadrada, ya que, en comparación con una sonda redonda, reduce el tiempo de medición para escanear. Si durante el proceso se supera el límite permitido de partículas, esto indica una posible fuga. Esto puede confirmarse con una verificación local posterior de fugas.

Medición de aire comprimido con contador de partículas
Cuando hablamos de aire limpio en una sala limpia, en primer lugar, nos referimos al aire puro del entorno. El aire comprimido es el aire necesario para un proceso (por ejemplo, neumática o control de aire). También en este caso, se trata de aire que puede entrar en contacto con un producto y contaminarlo.

Sin embargo, el aire comprimido no debe medirse directamente con el contador de partículas, ya que podría dañar la célula de medición o afectar el flujo del contador. Por ello, entre el aire comprimido y el contador de partículas se debe colocar un difusor. Para esta medición, se puede consultar la norma ISO 8573.

Monitoreo
Hasta ahora, en los ámbitos de aplicación, se ha hablado principalmente de contadores de partículas portátiles. Los dispositivos de monitoreo fijos se usan de manera continua y supervisan ciertos procesos, como el llenado de medicamentos. La mayoría de estos sistemas son extremadamente complejos y requieren atención especializada.

Conclusión
Un contador de partículas es un instrumento de medición muy complejo, capaz de detectar las partículas en suspensión más pequeñas en el aire. Sin embargo, entre los fabricantes existen diferencias cualitativas considerables. La precisión y fiabilidad de los dispositivos son criterios importantes para su adquisición. Otros requisitos indispensables son: que los contadores se calibren una vez al año y que el comprador tenga un buen socio de servicio. Quien siga estos principios básicos, nunca lamentará su compra.

Norma ISO 21501-4
La norma ISO 21501-4 define el procedimiento para calibrar contadores de partículas. La norma exige, entre otras cosas, que se indique la eficiencia de conteo (calibración de cantidad). Para ello, se introducen partículas de látex monodispersas en el dispositivo de prueba y en el contador de referencia, comparando las cantidades. En la resolución de tamaño, se verifica si la asignación de partículas en el canal más pequeño es correcta. También se comprueba con un filtro de conteo cero si la célula de medición está libre de partículas. La norma ISO 21501-4 recomienda realizar calibraciones anuales.