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Materiales aptos para salas blancas
Materiales aptos para salas limpias
Procedimientos de prueba y clasificación
Para apoyar a la industria en la construcción de instalaciones de fabricación para microsistemas sensibles a la contaminación, se necesitan materiales básicos y de construcción que cumplan con los requisitos de pureza. A nivel mundial, no existen listas de materiales disponibles, por lo que en la selección de materiales adecuados se consideran únicamente criterios ópticos y no criterios científicos comprobados. Para contrarrestar esta situación, se ha desarrollado un procedimiento de prueba estandarizado para evaluar la aptitud de los materiales para salas limpias.
1 Introducción
Las exigencias de calidad para todos los productos aumentan constantemente. Un número cada vez mayor de sectores y sus productos requieren una fabricación que garantice la pureza. En la “fabricación pura”, es necesario controlar todos los factores de contaminación relevantes para el producto. Especialmente en áreas como la industria de semiconductores, la alimentación o la farmacéutica, la prevención de contaminaciones particuladas tiene una importancia especialmente alta. Los medios de producción utilizados en estas áreas a menudo contribuyen significativamente a la contaminación de la “fabricación pura”.
Los procesos que conducen a emisiones de partículas en los medios de producción se pueden atribuir a procesos de fricción y vibración. Es importante destacar que: los procesos de fricción provocados por el movimiento relativo de las superficies de los medios de producción representan la mayor proporción. Actualmente, no existe un modelo científico fundamentado que permita seleccionar los materiales para “fabricaciones puras” en las etapas iniciales, durante el desarrollo de los medios de producción, en relación con la generación de partículas.
En el campo de la investigación sobre las relaciones entre las propiedades técnicas de los pares de materiales y la generación de contaminaciones, especialmente las partículas transportadas por el aire en los medios de producción, no se conocen trabajos de investigación relevantes.
Para clasificar el comportamiento de contaminación de los materiales base o recubrimientos superficiales, es necesario desarrollar un procedimiento para determinar la aptitud de pares de materiales para salas limpias.
2 Priorización de los tipos de contaminación
Además del comportamiento electrostático de contaminación o la emisión de sustancias orgánicas volátiles, la emisión de partículas transportadas por el aire, de tamaño micrométrico o submicrométrico, tiene una importancia especial. Si se excluye la fuente de partículas “persona”, esta tiene la mayor influencia en la contaminación del producto (con aproximadamente un 30 % a 40 % de todas las contaminaciones no deseadas en la sala limpia). Una encuesta representativa realizada con unas 270 empresas mostró que las contaminaciones en forma de partículas son las de mayor interés para la investigación:
- Dos tercios de todos los requisitos para los materiales incluyen la baja emisión de partículas o la ausencia total de ellas.
- La calidad superficial de los materiales utilizados (ver Imagen 1), relacionada estrechamente con la emisión de partículas, es fundamental. Las partículas emitidas por los medios de producción se generan por vibraciones del material o por movimientos relativos de al menos dos materiales en contacto. En estos pares de fricción, los sistemas superficiales de los medios de producción tienen una influencia decisiva en la generación de partículas.
3 Objetivos de contenido
3.1 Desarrollo de un procedimiento de prueba
Para esclarecer el comportamiento de emisión de partículas de diferentes pares de materiales, se desarrollará un procedimiento de prueba estandarizado. En la implementación práctica, se utilizará un banco de pruebas de materiales para investigar sin contaminación los materiales destinados a su uso en salas limpias. El desarrollo de un procedimiento científico fundamentado garantiza:
- Reproducibilidad,
- Comparabilidad,
- Validación y
- Interpretación de los resultados de medición.
3.2 Esquema de evaluación y clasificación
Para analizar y clasificar los datos de medición obtenidos, es necesario desarrollar y aplicar mecanismos de evaluación. En algunos casos, se pueden utilizar directrices y estándares existentes del sector de semiconductores y tecnología de salas limpias. Los algoritmos de evaluación de los datos de medición deben mostrar claramente la idoneidad de los diferentes pares de materiales para su uso en áreas limpias.
3.3 Optimización de pares de materiales
El proceso se divide en:
- Análisis del estado actual (primer diagnóstico del nivel de contaminación),
- Modificación del par de materiales (optimización del sistema tribológico), y
- Análisis de verificación (nuevo diagnóstico del nivel de contaminación).
Esta división permite un desarrollo sistemático de los pares de materiales en función de los requisitos de pureza. Al analizar la contaminación particulada transportada por el aire, se pueden hacer afirmaciones sobre la idoneidad de los pares de materiales para las clases de pureza del aire existentes, ya que en los estándares internacionales de pureza del aire solo se hace referencia a esta forma de contaminación. Esto aumenta significativamente la aceptación nacional e internacional del procedimiento de prueba y sus resultados.
4 Desarrollo del procedimiento
Casi todos los movimientos en las instalaciones de producción conducen a procesos de fricción entre dos materiales. La fricción, a su vez, es la causa más frecuente de generación de partículas. Para hacer esto científicamente comprensible, es necesario medir y evaluar las emisiones de partículas. El primer paso es identificar la(s) principal(es) fuente(s) de emisión en componentes o piezas reales. Para minimizar las influencias externas en los resultados, se deben eliminar la mayor cantidad posible de fuentes de interferencia. La mejor forma de hacerlo es retirar y separar el punto de contacto de fricción del componente real. Para ello, el punto de contacto debe ser reproducido en un banco de pruebas bajo condiciones de laboratorio estandarizadas y reproducibles (ver Imagen 2). El procedimiento para evaluar la pureza de los pares de materiales investigados debe proporcionar dos conclusiones:
- ¿En qué clases de pureza del aire (según estándares internacionales de evaluación de la pureza del aire) pueden utilizarse los pares de materiales “separados”?
- ¿En qué medida los resultados de las pruebas en laboratorio son transferibles a componentes o piezas reales?
Los componentes y piezas reales se evalúan según el procedimiento establecido en la norma VDI 2083 hoja 8 “Aptitud para salas limpias de los medios de producción”. Este método está diseñado para evaluar componentes complejos. Sin embargo, no resulta adecuado para investigar pares de materiales individuales.
Transferencia de resultados a componentes reales
Una vez identificados y transferidos los puntos de contacto de fricción a un sistema tribológico en un banco de pruebas, se ajustan las cargas a las condiciones típicas de carga de los componentes reales. Se realizan mediciones y evaluaciones de clasificación según VDI 2083 hoja 8 (componente real) y el modelo de clasificación para pares de materiales en un grupo de carga compuesto por tres niveles representativos. Para determinar la transferibilidad de los resultados de clasificación obtenidos, debe desarrollarse un modelo. Sin embargo, este solo puede crearse en una segunda fase, una vez que el modelo de clasificación para evaluar la aptitud de pares de materiales en bancos de pruebas esté establecido. Todos los datos y conclusiones deben ser validados mediante procedimientos estadísticos adecuados.
5 Diseño de un banco de pruebas de materiales
5.1 Procesos de fricción
La fricción entre dos cuerpos puede realizarse mediante los siguientes tres procedimientos (ver Imagen 3 y Imagen 4):
- Prueba de “bola-placa”: una bola se presiona contra la superficie frontal de una placa, que permanece fija. La zona de contacto es puntual.
- Prueba de “placa-placa”: una placa giratoria se acerca lateralmente a la placa motriz y rueda sobre ella. La zona de contacto es lineal y ambas superficies están curvadas en la zona de contacto.
- Prueba de “rueda-placa”: una rueda (por ejemplo, de acero inoxidable o PA6) se presiona contra la cara frontal de una placa recubierta con el material a investigar. Este método se emplea para estudiar recubrimientos o revestimientos en los que, en condiciones reales, rueda una pieza. Por ejemplo, para evaluar un recubrimiento de suelo en salas limpias sobre el cual ruedan carros motorizados.
5.2 Principio de la prueba
Dado que la “prueba de bola-placa” es la más utilizada en literatura y práctica, existen datos extensos que permiten correlacionar los resultados con la generación de partículas. Otra ventaja de esta prueba es que la zona de contacto es puntual, lo que facilita la estandarización. La “prueba de bola-placa” consiste en que una muestra de prueba gira con frecuencia f bajo una bola de diámetro d, presionada contra la muestra con una fuerza normal FN en un radio r. En la zona de contacto entre la bola y la muestra, se produce un desgaste acompañado de emisión de partículas. Se forma una huella de desgaste. Las características tanto de la huella de desgaste como de la zona de contacto pueden analizarse en función de las cargas aplicadas en componentes reales (superficie de contacto, recorrido, cargas múltiples en diferentes tramos) para su evaluación y diferenciación fina.
5.3 Identificación de parámetros relevantes
En la “prueba de bola-placa”, los cuerpos de prueba (bola y placa) constituyen un sistema de desgaste, que puede describirse mediante un conjunto de parámetros. Para los experimentos realizados, los parámetros relevantes del sistema de desgaste, en analogía con DIN 50320 (antigua), se muestran en la Imagen 5.
En la literatura no existen datos sobre la emisión particulada específica de pares de fricción ni sobre la relación entre magnitudes tribológicas y la emisión de partículas observada. La norma DIN 50324 (antigua) describe un ensayo de anillo en el que se investigan pares de acero inoxidable mediante la “prueba de bola-placa”. Los valores de entrada utilizados allí sirvieron como base para experimentos preliminares.
En estos experimentos preliminares, se analizó la dependencia de las magnitudes clave (emisión de partículas, magnitudes tribológicas) respecto a la fuerza normal y se registró la evolución temporal durante un período prolongado.
5.4 Implementación del concepto del banco de pruebas
La Imagen 6 muestra el concepto de un banco de pruebas basado en la “prueba de bola-placa”, en el que se deben cumplir los requisitos de pureza y aptitud para salas limpias del propio banco.
5.5 Integración de las mediciones de partículas con la determinación de las magnitudes tribológicas
Paralelamente a la medición de la emisión de partículas, se determinan las magnitudes tribológicas. Para comparar los resultados, se utiliza como referencia la emisión de partículas. A partir de los valores medidos en diferentes clases de partículas (> 0,2 µm; > 0,3 µm; > 0,5 µm y > 5,0 µm), se puede derivar el “volumen de partículas”.
Las magnitudes tribológicas se analizan individualmente y en forma combinada (como magnitudes derivadas, como el volumen de la huella) en relación con esta medida. Esto permite evaluar la relación entre las magnitudes tribológicas y los valores de emisión de partículas.
6 Modelo de clasificación para pares de materiales
El objetivo principal es observar y caracterizar la evolución de la emisión de partículas durante la carga tribológica. Los contadores ópticos de partículas utilizados proporcionan los datos en forma diferencial, es decir, como eventos de conteo por intervalo de tiempo o volumen de medición. En experimentos preliminares, se observó que la representación gráfica de los valores de partículas en función del número de revoluciones mostraba un comportamiento muy inestable, por lo que estos datos no eran adecuados para su caracterización (ver Imagen 7).
Durante la primera revolución de la bola de prueba sobre la muestra, la bola recorre una distancia aún no contaminada, por lo que la emisión de partículas es baja. En la siguiente revolución, la bola recorre una superficie ya sometida a carga, lo que provoca una mayor emisión de partículas. Este efecto se repite en revoluciones sucesivas, explicando el comportamiento inestable de los valores de emisión observados a lo largo del tiempo. Esto implica que no se cumplen los requisitos para un análisis estadístico con Student-t o Poisson, como exige la norma VDI 2083 hoja 8.
En general, se observa una tendencia al aumento de los valores medidos con el número de revoluciones (ver Imagen 7). Si se suman todas las partículas generadas hasta una cierta cantidad de revoluciones discretas, se obtiene una representación integral de los datos de emisión. Las curvas resultantes en esta representación muestran un comportamiento continuo (ver Imagen 8).
Mediante esta representación integral, se pueden crear gráficos que sirvan como base para caracterizar la emisión de partículas.
Para explicar el aumento observado en los valores de emisión con el tiempo, se asume que durante la primera revolución ya se generan partículas como abrasivos. En la revolución siguiente, la pareja de materiales (junto con las partículas previamente generadas) produce aún más partículas, generando un efecto en cascada. Matemáticamente, se intenta representar este aumento en cascada mediante un enfoque exponencial::
Tras aproximar los gráficos de emisión de partículas acumuladas mediante regresión no lineal, las curvas se pueden analizar matemáticamente con precisión. Los parámetros a y b, o el par de valores (a/b) de las curvas de regresión, sirven como indicadores de la tasa de emisión y, por tanto, de la aptitud para salas limpias de la pareja de materiales considerada.
Dado que el número de partículas generadas está directamente relacionado con el número de revoluciones y, en menor medida, con el tiempo transcurrido, se utiliza en lugar del tiempo de medición el número de revoluciones como variable de recorrido.
Al convertir los límites máximos permitidos de partículas por clase de pureza del aire según DIN EN ISO 14644-1 en función del número de revoluciones, se obtiene un diagrama de clases de pureza del aire adaptado a la problemática (ver Imagen 9).
Al sumar los valores de partículas mediante curvas de regresión, estas siempre intersectan las líneas límite de las clases de pureza del aire. Para reducir el par de parámetros (a/b) de las curvas de regresión a un solo parámetro y obtener una declaración clara sobre la aptitud para salas limpias, es necesario fijar un número determinado de revoluciones. En el ejemplo presentado, la pareja de materiales investigada en la revolución de referencia N=500 se encuentra entre las líneas límite de las clases ISO 5 e ISO 6, por lo que puede usarse de forma segura en salas limpias de clase ISO 6.
7 Ventajas del método de clasificación
A continuación, se resumen las ventajas del modelo de clasificación para evaluar la aptitud para salas limpias de cualquier par de materiales::
8 Perspectivas
En futuras investigaciones, se profundizará en la relación de interacción entre los resultados de clasificación en componentes reales —como los clasificados según la norma VDI 2083 hoja 8— y en pares de materiales “separados” en bancos de pruebas de laboratorio.
Procedimientos de prueba y clasificación
Para apoyar a la industria en la construcción de instalaciones de fabricación para microsistemas sensibles a la contaminación, se necesitan materiales básicos y de construcción que cumplan con los requisitos de pureza. A nivel mundial, no existen listas de materiales disponibles, por lo que en la selección de materiales adecuados se consideran únicamente criterios ópticos y no criterios científicos comprobados. Para contrarrestar esta situación, se ha desarrollado un procedimiento de prueba estandarizado para evaluar la aptitud de los materiales para salas limpias.
1 Introducción
Las exigencias de calidad para todos los productos aumentan constantemente. Un número cada vez mayor de sectores y sus productos requieren una fabricación que garantice la pureza. En la “fabricación pura”, es necesario controlar todos los factores de contaminación relevantes para el producto. Especialmente en áreas como la industria de semiconductores, la alimentación o la farmacéutica, la prevención de contaminaciones particuladas tiene una importancia especialmente alta. Los medios de producción utilizados en estas áreas a menudo contribuyen significativamente a la contaminación de la “fabricación pura”.
Los procesos que conducen a emisiones de partículas en los medios de producción se pueden atribuir a procesos de fricción y vibración. Es importante destacar que: los procesos de fricción provocados por el movimiento relativo de las superficies de los medios de producción representan la mayor proporción. Actualmente, no existe un modelo científico fundamentado que permita seleccionar los materiales para “fabricaciones puras” en las etapas iniciales, durante el desarrollo de los medios de producción, en relación con la generación de partículas.
En el campo de la investigación sobre las relaciones entre las propiedades técnicas de los pares de materiales y la generación de contaminaciones, especialmente las partículas transportadas por el aire en los medios de producción, no se conocen trabajos de investigación relevantes.
Para clasificar el comportamiento de contaminación de los materiales base o recubrimientos superficiales, es necesario desarrollar un procedimiento para determinar la aptitud de pares de materiales para salas limpias.
2 Priorización de los tipos de contaminación
Además del comportamiento electrostático de contaminación o la emisión de sustancias orgánicas volátiles, la emisión de partículas transportadas por el aire, de tamaño micrométrico o submicrométrico, tiene una importancia especial. Si se excluye la fuente de partículas “persona”, esta tiene la mayor influencia en la contaminación del producto (con aproximadamente un 30 % a 40 % de todas las contaminaciones no deseadas en la sala limpia). Una encuesta representativa realizada con unas 270 empresas mostró que las contaminaciones en forma de partículas son las de mayor interés para la investigación:
- Dos tercios de todos los requisitos para los materiales incluyen la baja emisión de partículas o la ausencia total de ellas.
- La calidad superficial de los materiales utilizados (ver Imagen 1), relacionada estrechamente con la emisión de partículas, es fundamental. Las partículas emitidas por los medios de producción se generan por vibraciones del material o por movimientos relativos de al menos dos materiales en contacto. En estos pares de fricción, los sistemas superficiales de los medios de producción tienen una influencia decisiva en la generación de partículas.
3 Objetivos de contenido
3.1 Desarrollo de un procedimiento de prueba
Para esclarecer el comportamiento de emisión de partículas de diferentes pares de materiales, se desarrollará un procedimiento de prueba estandarizado. En la implementación práctica, se utilizará un banco de pruebas de materiales para investigar sin contaminación los materiales destinados a su uso en salas limpias. El desarrollo de un procedimiento científico fundamentado garantiza:
- Reproducibilidad,
- Comparabilidad,
- Validación y
- Interpretación de los resultados de medición.
3.2 Esquema de evaluación y clasificación
Para analizar y clasificar los datos de medición obtenidos, es necesario desarrollar y aplicar mecanismos de evaluación. En algunos casos, se pueden utilizar directrices y estándares existentes del sector de semiconductores y tecnología de salas limpias. Los algoritmos de evaluación de los datos de medición deben mostrar claramente la idoneidad de los diferentes pares de materiales para su uso en áreas limpias.
3.3 Optimización de pares de materiales
El proceso se divide en:
- Análisis del estado actual (primer diagnóstico del nivel de contaminación),
- Modificación del par de materiales (optimización del sistema tribológico), y
- Análisis de verificación (nuevo diagnóstico del nivel de contaminación).
Esta división permite un desarrollo sistemático de los pares de materiales en función de los requisitos de pureza. Al analizar la contaminación particulada transportada por el aire, se pueden hacer afirmaciones sobre la idoneidad de los pares de materiales para las clases de pureza del aire existentes, ya que en los estándares internacionales de pureza del aire solo se hace referencia a esta forma de contaminación. Esto aumenta significativamente la aceptación nacional e internacional del procedimiento de prueba y sus resultados.
4 Desarrollo del procedimiento
Casi todos los movimientos en las instalaciones de producción conducen a procesos de fricción entre dos materiales. La fricción, a su vez, es la causa más frecuente de generación de partículas. Para hacer esto científicamente comprensible, es necesario medir y evaluar las emisiones de partículas. El primer paso es identificar la(s) principal(es) fuente(s) de emisión en componentes o piezas reales. Para minimizar las influencias externas en los resultados, se deben eliminar la mayor cantidad posible de fuentes de interferencia. La mejor forma de hacerlo es retirar y separar el punto de contacto de fricción del componente real. Para ello, el punto de contacto debe ser reproducido en un banco de pruebas bajo condiciones de laboratorio estandarizadas y reproducibles (ver Imagen 2). El procedimiento para evaluar la pureza de los pares de materiales investigados debe proporcionar dos conclusiones:
- ¿En qué clases de pureza del aire (según estándares internacionales de evaluación de la pureza del aire) pueden utilizarse los pares de materiales “separados”?
- ¿En qué medida los resultados de las pruebas en laboratorio son transferibles a componentes o piezas reales?
Los componentes y piezas reales se evalúan según el procedimiento establecido en la norma VDI 2083 hoja 8 “Aptitud para salas limpias de los medios de producción”. Este método está diseñado para evaluar componentes complejos. Sin embargo, no resulta adecuado para investigar pares de materiales individuales.
Transferencia de resultados a componentes reales
Una vez identificados y transferidos los puntos de contacto de fricción a un sistema tribológico en un banco de pruebas, se ajustan las cargas a las condiciones típicas de carga de los componentes reales. Se realizan mediciones y evaluaciones de clasificación según VDI 2083 hoja 8 (componente real) y el modelo de clasificación para pares de materiales en un grupo de carga compuesto por tres niveles representativos. Para determinar la transferibilidad de los resultados de clasificación obtenidos, debe desarrollarse un modelo. Sin embargo, este solo puede crearse en una segunda fase, una vez que el modelo de clasificación para evaluar la aptitud de pares de materiales en bancos de pruebas esté establecido. Todos los datos y conclusiones deben ser validados mediante procedimientos estadísticos adecuados.
5 Diseño de un banco de pruebas de materiales
5.1 Procesos de fricción
La fricción entre dos cuerpos puede realizarse mediante los siguientes tres procedimientos (ver Imagen 3 y Imagen 4):
- Prueba de “bola-placa”: una bola se presiona contra la superficie frontal de una placa, que permanece fija. La zona de contacto es puntual.
- Prueba de “placa-placa”: una placa giratoria se acerca lateralmente a la placa motriz y rueda sobre ella. La zona de contacto es lineal y ambas superficies están curvadas en la zona de contacto.
- Prueba de “rueda-placa”: una rueda (por ejemplo, de acero inoxidable o PA6) se presiona contra la cara frontal de una placa recubierta con el material a investigar. Este método se emplea para estudiar recubrimientos o revestimientos en los que, en condiciones reales, rueda una pieza. Por ejemplo, para evaluar un recubrimiento de suelo en salas limpias sobre el cual ruedan carros motorizados.
5.2 Principio de la prueba
Dado que la “prueba de bola-placa” es la más utilizada en literatura y práctica, existen datos extensos que permiten correlacionar los resultados con la generación de partículas. Otra ventaja de esta prueba es que la zona de contacto es puntual, lo que facilita la estandarización. La “prueba de bola-placa” consiste en que una muestra de prueba gira con frecuencia f bajo una bola de diámetro d, presionada contra la muestra con una fuerza normal FN en un radio r. En la zona de contacto entre la bola y la muestra, se produce un desgaste acompañado de emisión de partículas. Se forma una huella de desgaste. Las características tanto de la huella de desgaste como de la zona de contacto pueden analizarse en función de las cargas aplicadas en componentes reales (superficie de contacto, recorrido, cargas múltiples en diferentes tramos) para su evaluación y diferenciación fina.
5.3 Identificación de parámetros relevantes
En la “prueba de bola-placa”, los cuerpos de prueba (bola y placa) constituyen un sistema de desgaste, que puede describirse mediante un conjunto de parámetros. Para los experimentos realizados, los parámetros relevantes del sistema de desgaste, en analogía con DIN 50320 (antigua), se muestran en la Imagen 5.
En la literatura no existen datos sobre la emisión particulada específica de pares de fricción ni sobre la relación entre magnitudes tribológicas y la emisión de partículas observada. La norma DIN 50324 (antigua) describe un ensayo de anillo en el que se investigan pares de acero inoxidable mediante la “prueba de bola-placa”. Los valores de entrada utilizados allí sirvieron como base para experimentos preliminares.
En estos experimentos preliminares, se analizó la dependencia de las magnitudes clave (emisión de partículas, magnitudes tribológicas) respecto a la fuerza normal y se registró la evolución temporal durante un período prolongado.
5.4 Implementación del concepto del banco de pruebas
La Imagen 6 muestra el concepto de un banco de pruebas basado en la “prueba de bola-placa”, en el que se deben cumplir los requisitos de pureza y aptitud para salas limpias del propio banco.
5.5 Integración de las mediciones de partículas con la determinación de las magnitudes tribológicas
Paralelamente a la medición de la emisión de partículas, se determinan las magnitudes tribológicas. Para comparar los resultados, se utiliza como referencia la emisión de partículas. A partir de los valores medidos en diferentes clases de partículas (> 0,2 µm; > 0,3 µm; > 0,5 µm y > 5,0 µm), se puede derivar el “volumen de partículas”.
Las magnitudes tribológicas se analizan individualmente y en forma combinada (como magnitudes derivadas, como el volumen de la huella) en relación con esta medida. Esto permite evaluar la relación entre las magnitudes tribológicas y los valores de emisión de partículas.
6 Modelo de clasificación para pares de materiales
El objetivo principal es observar y caracterizar la evolución de la emisión de partículas durante la carga tribológica. Los contadores ópticos de partículas utilizados proporcionan los datos en forma diferencial, es decir, como eventos de conteo por intervalo de tiempo o volumen de medición. En experimentos preliminares, se observó que la representación gráfica de los valores de partículas en función del número de revoluciones mostraba un comportamiento muy inestable, por lo que estos datos no eran adecuados para su caracterización (ver Imagen 7).
Durante la primera revolución de la bola de prueba sobre la muestra, la bola recorre una distancia aún no contaminada, por lo que la emisión de partículas es baja. En la siguiente revolución, la bola recorre una superficie ya sometida a carga, lo que provoca una mayor emisión de partículas. Este efecto se repite en revoluciones sucesivas, explicando el comportamiento inestable de los valores de emisión observados a lo largo del tiempo. Esto implica que no se cumplen los requisitos para un análisis estadístico con Student-t o Poisson, como exige la norma VDI 2083 hoja 8.
En general, se observa una tendencia al aumento de los valores medidos con el número de revoluciones (ver Imagen 7). Si se suman todas las partículas generadas hasta una cierta cantidad de revoluciones discretas, se obtiene una representación integral de los datos de emisión. Las curvas resultantes en esta representación muestran un comportamiento continuo (ver Imagen 8).
Mediante esta representación integral, se pueden crear gráficos que sirvan como base para caracterizar la emisión de partículas.
Para explicar el aumento observado en los valores de emisión con el tiempo, se asume que durante la primera revolución ya se generan partículas como abrasivos. En la revolución siguiente, la pareja de materiales (junto con las partículas previamente generadas) produce aún más partículas, generando un efecto en cascada. Matemáticamente, se intenta representar este aumento en cascada mediante un enfoque exponencial::
Tras aproximar los gráficos de emisión de partículas acumuladas mediante regresión no lineal, las curvas se pueden analizar matemáticamente con precisión. Los parámetros a y b, o el par de valores (a/b) de las curvas de regresión, sirven como indicadores de la tasa de emisión y, por tanto, de la aptitud para salas limpias de la pareja de materiales considerada.
Dado que el número de partículas generadas está directamente relacionado con el número de revoluciones y, en menor medida, con el tiempo transcurrido, se utiliza en lugar del tiempo de medición el número de revoluciones como variable de recorrido.
Al convertir los límites máximos permitidos de partículas por clase de pureza del aire según DIN EN ISO 14644-1 en función del número de revoluciones, se obtiene un diagrama de clases de pureza del aire adaptado a la problemática (ver Imagen 9).
Al sumar los valores de partículas mediante curvas de regresión, estas siempre intersectan las líneas límite de las clases de pureza del aire. Para reducir el par de parámetros (a/b) de las curvas de regresión a un solo parámetro y obtener una declaración clara sobre la aptitud para salas limpias, es necesario fijar un número determinado de revoluciones. En el ejemplo presentado, la pareja de materiales investigada en la revolución de referencia N=500 se encuentra entre las líneas límite de las clases ISO 5 e ISO 6, por lo que puede usarse de forma segura en salas limpias de clase ISO 6.
7 Ventajas del método de clasificación
A continuación, se resumen las ventajas del modelo de clasificación para evaluar la aptitud para salas limpias de cualquier par de materiales::
8 Perspectivas
En futuras investigaciones, se profundizará en la relación de interacción entre los resultados de clasificación en componentes reales —como los clasificados según la norma VDI 2083 hoja 8— y en pares de materiales “separados” en bancos de pruebas de laboratorio.
