Prevención en lugar de limitar los daños

Sala limpia en la industria de semiconductores.

Dipl.-Ing. (TU) Stefan Merkle, Socio gerente de Merkle CAE Solutions GmbH.

Las salas limpias son proyectos de construcción costosos. El volumen de inversión oscila entre 1.000 y 5.000 euros por metro cuadrado, en la fabricación de semiconductores puede ser aún mucho más alto, hasta 20.000 euros por metro cuadrado. Una sala limpia de 1.000 metros cuadrados puede alcanzar rápidamente costos en millones. Sin embargo, muchos constructores prescinden de una medida que representa solo una pequeña parte de la inversión total, pero que puede minimizar riesgos centrales: el análisis técnico de flujo y partículas mediante simulación CFD (Dinámica de Fluidos Computacional).

Las conversaciones con fabricantes y proveedores muestran una imagen sorprendentemente uniforme: las simulaciones rara vez se utilizan en las primeras fases del proyecto, sino que generalmente solo cuando durante la operación ocurren fenómenos de flujo inesperados, recirculaciones de partículas o zonas muertas. En tales casos, las causas deben identificarse posteriormente y corregirse, a veces de manera costosa. Merkle CAE Solutions, especializada en cálculos de simulación numérica, suele ser consultada solo cuando ya han surgido problemas. Sin embargo, muchos de estos desafíos podrían evitarse previamente mediante análisis digitales.

Una simulación CFD genera en promedio alrededor del uno al dos por ciento del costo de construcción de una sala limpia. En un proyecto de un millón de euros, esto equivale a aproximadamente 5.000 a 20.000 euros, una cantidad que en relación con los posibles costos posteriores es baja. La simulación permite una evaluación predictiva del flujo de aire, la visualización del movimiento de partículas y el análisis de campos de temperatura. Las zonas muertas, las turbulencias no deseadas o las concentraciones críticas de partículas pueden detectarse antes del inicio de la construcción. Para los operadores de instalaciones de producción sensibles, como en óptica, tecnología médica o farmacia, esto proporciona una seguridad de planificación decisiva.

Los procesos de flujo en salas limpias reaccionan de manera sensible a los cambios más pequeños en la geometría, el equipamiento y los parámetros operativos. Por ello, los valores de experiencia por sí solos a menudo no son suficientes para predecir de manera confiable las interacciones complejas. La simulación sirve como base objetiva para diseñar las salidas de aire, las posiciones de los filtros o la disposición de las máquinas, de modo que se mantengan de forma permanente las clases de pureza especificadas. Los errores en la planificación pueden causar daños económicos considerables, por ejemplo, si un cliente se niega a poner en marcha la instalación porque las acumulaciones de partículas afectan la calidad del producto.

“Con simulaciones multifísicas, ya podemos simular las salas limpias incluyendo el entorno de producción y trabajo planificado allí. Así, no solo sabemos si la sala limpia en sí funciona, sino también si la producción planificada puede realizarse de manera libre de perturbaciones, gérmenes y partículas”, dice el ingeniero diplomado (TU) Stefan Merkle, director general de Merkle CAE Solutions GmbH.

Por ello, Merkle CAE Solutions no ve el análisis CFD como un elemento adicional, sino como una parte integral de una planificación predictiva de salas limpias. Contribuye a minimizar riesgos, evitar retrabajos y asegurar la funcionalidad de entornos de producción altamente sensibles. Para los constructores, esto significa que un esfuerzo de planificación relativamente bajo puede proteger contra correcciones costosas y de tiempo en operación.