Supervisión de la sobrecarga de la habitación

Supervisión de la sobrecarga de la habitación

Introducción
Un nuevo sensor de flujo de la casa SCHMIDT Technology presenta propiedades completamente nuevas. En una carcasa metálica muy delgada se esconde una sonda de flujo térmico que puede detectar tanto la dirección del flujo como medir la velocidad del flujo en dos direcciones. Esta sonda surge para mejorar significativamente la monitorización del flujo en el ámbito de la tecnología de salas limpias. Uno de los casos de uso es la supervisión del sobreflujo en la sala. Este informe pretende mostrar qué se entiende por sobreflujo en la sala, con qué medios se ha detectado hasta ahora y cómo puede mejorarse la supervisión del sobreflujo con la ayuda de este nuevo sensor.

¿Qué es el sobreflujo en la sala?
Cuando en salas limpias se procesan productos de forma abierta, a menudo se debe garantizar que el aire contaminado de las salas adyacentes no entre en esta sala y dañe los productos abiertos. Esto se puede garantizar de dos maneras: asegurando que las salas estén completamente selladas (técnica de aislamiento) o asegurando un sobreflujo forzado de aire desde la sala que se quiere proteger hacia la sala adyacente. Para ello, en la sala que se quiere proteger se genera una sobrepresión y, en consecuencia, el aire fluye hacia afuera a través de cualquier abertura en la sala, evitando así la entrada de aire contaminado. Para mantener esta situación estable, generalmente basta con dirigir un flujo continuo de aire hacia la sala con sobrepresión y regular la sala a una sobrepresión constante mediante un sensor de diferencia de presión. Cuando la sobrepresión es mayor a 15 Pascal y las salas están casi completamente selladas, esto es fácil de lograr.

Pero si se trata de una sala que tiene puertas que se abren con frecuencia o grandes aberturas en la pared, por ejemplo, para transportadores de productos, entonces a menudo no se puede mantener una diferencia de presión tan grande. En estas salas, se trabaja con sobrepresiones muy pequeñas y se garantiza la seguridad del producto vigilando el aire que sobrefluye entre las salas en lugar de la diferencia de presión. Si ya existe una abertura adecuada en la pared, se puede instalar un dispositivo de medición en esa abertura. En caso contrario, se instala una abertura especial de sobreflujo en la pared.

Para evaluar cómo afecta la diferencia de presión en la sala a la velocidad del sobreflujo, en primer lugar se puede usar la ley de salida de Torricelli, considerando que esta observación requiere una pared delgada y un orificio de tamaño suficiente.

w = raíz cuadrada de (2 x delta p / p)

donde:
w = velocidad del flujo en m/s
delta p = diferencia de presión en Pa
p = densidad del medio en kg/m^3

Bajo las condiciones de un aire de sala a 20°C y una presión atmosférica estándar de 1013,25 hPa, la siguiente tabla muestra la relación:

Diferencia de presión [Pa] Velocidad 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

A partir de estos cálculos, se puede ver que un sensor de flujo instalado en la abertura de sobreflujo puede detectar incluso sobreflujos cuando las diferencias de presión son muy pequeñas.
Soluciones anteriores
La solución más segura para evitar reflujo entre salas, como ya se mencionó, es crear la mayor diferencia de presión posible. En salas limpias farmacéuticas, las diferencias de presión suelen estar entre 15 y 30 Pascal. La generación de la diferencia de presión requerida para el sobreflujo se verifica mediante la visualización del flujo con partículas de humo durante las pruebas de aceptación. Para la supervisión continua del sobreflujo, se utilizan a menudo sensores de diferencia de presión que garantizan que la presión requerida se mantenga en todo momento. La debilidad de esta solución es que la señal de medición de estos sensores se vuelve inestable en diferencias de presión muy pequeñas, lo que obliga a mantener una presión relativamente alta. Alternativamente, en aberturas en la pared especialmente instaladas, se usan veletas que permiten leer la dirección del flujo. Sin embargo, esta opción también es relativamente insensible y, debido a la falta de interfaz eléctrica, no puede integrarse en el sistema de monitoreo electrónico. También se emplean algunos sensores de flujo normales en la abertura de sobreflujo, pero estos no pueden detectar en qué dirección fluye el aire.

Principio de funcionamiento del nuevo sensor
El sensor de flujo SS 20.400 es el primer sensor de SCHMIDT que puede detectar la dirección del aire en movimiento. Este sensor funciona según el principio del anemómetro térmico (también llamado principio del hilo caliente). Los anemómetros térmicos se diferencian de otros medidores de flujo de aire por las siguientes ventajas:

- Se pueden medir velocidades de flujo mínimas (desde 0,05 m/s)
- No tiene partes móviles y, por lo tanto, no se desgasta
- Muy baja resistencia al flujo, es decir, bajo caída de presión en el punto de medición

El nuevo sensor del tipo SS 20.400 tiene además otras ventajas que se explican a continuación.
Elemento y electrónica en formato miniatura
Para protegerlo contra cargas mecánicas, SCHMIDT ha instalado el elemento sensor en una cámara, que se denomina "cabeza de cámara". Gracias a un diseño aerodinámico cuidadoso de esta cabeza de cámara, se ha asegurado que incluso una instalación incorrecta del sensor (giro ligero respecto al eje del flujo o inclinación contra el eje del sensor) tenga un impacto mínimo en el resultado de la medición. En el tubo del sensor, justo detrás del elemento sensor, se encuentra la electrónica de evaluación, que es muy pequeña, por lo que no necesita un convertidor de medición externo. El núcleo de la electrónica es un microprocesador, que está conectado con el mundo exterior a través de las siguientes conexiones: salida analógica 4-20 mA / 0-10 V, salida de dirección, salida de umbral (ambas como colector abierto) y interfaz RS 232. La salida analógica proporciona una señal lineal tanto para aire que fluye hacia adelante como hacia atrás. A través de la interfaz serie, el usuario puede ajustar el sensor exactamente a sus necesidades. Para ello, SCHMIDT Technology ofrece un kit de programación, fácil de usar desde un PC.

Ventajas del nuevo sensor
· Reconocimiento claro de la dirección
· Medición en dos direcciones
· Respuesta muy rápida en el rango de milisegundos
· Salidas de conmutación integradas, también aptas como guardián para alarmas directas
· Dimensiones muy pequeñas
· Parametrizable vía PC
· Detección de suciedad incorporada
· Materiales aptos para GMP

Datos técnicos
Forma de construcción: sonda sumergible (Ø 9 x 150 mm incluyendo conector),
convertidor de medición integrado en el tubo del sensor.
Rango de uso: aire en flujo libre y aire conducido en tuberías de 15 a 1000 mm
Rangos de medición: 1 / 2,5 / 10 / 20 m/s (en ambas direcciones)
Inicio del rango de medición: 0,05 m/s
Presión: atmosférica, 700 .. 1300 hPa
Montaje: soporte de pared, brida o rosca pasante
Alimentación: 12 – 24 VDC / menos de 10 mA
Salidas: 0 / 4 ... 20 mA, 0..10 V, 0..5 V,
2 salidas de colector abierto para dirección y umbral
RS 232 para parametrización

Aplicación del nuevo sensor
El sensor de flujo SCHMIDT SS 20.400 posee todas las propiedades para supervisar de manera fiable el sobreflujo mencionado anteriormente. Para montar el sensor frente a la abertura de sobreflujo, existe una brida de montaje en pared adecuada. En ella se enrosca la sonda delgada, ajustándola de modo que el elemento sensor quede en el centro de la abertura y que la ranura del sensor esté alineada con el eje de la abertura. Con la ayuda de la salida analógica, ahora se puede supervisar la velocidad del aire que fluye por la abertura de sobreflujo. Como el sensor mide desde 0,05 m/s, también puede detectar un sobreflujo cuando la diferencia de presión ya no se puede medir claramente. Si el sensor ya no puede detectar flujo hacia adelante o si se produce un reflujo, este estado se informa a través de su salida de conmutación OC1.

Con la ayuda del kit de programación, el usuario puede atenuar la señal analógica del sensor y ajustar los umbrales de conmutación de las salidas de conmutación. De este modo, el sensor puede configurarse de manera ideal para cada aplicación.
El nuevo sensor se ofrece en varias variantes, abriendo así nuevas posibilidades de aplicación en el ámbito de la tecnología de salas limpias:
Supervisión de flujo laminar
Medición del caudal en conductos de entrada y salida
Supervisión de aire de refrigeración
Control del flujo en atmósferas de gases protectores

Conclusión
El sensor de flujo SS 20.400 abre nuevas posibilidades para la monitorización del flujo en salas limpias. Especialmente para la supervisión del sobreflujo en la sala, este sensor puede ofrecer las siguientes ventajas:

· Señal de medición estable incluso con diferencias de presión muy pequeñas
· Prevención de alarmas prematuras
· Montaje sencillo
· Fácil de limpiar en estado instalado
· Rápido montaje y desmontaje (por ejemplo, para calibración)
· Calibración posible en cualquier túnel de viento de buena calidad


Referencias:
Stöcker, Taschenbuch der Physik, 2ª edición 1994