Trío potente en uso continuo

Fig. 1: Tecnologías de medición - Sensores de humedad

Fig. 2: Tecnologías de medición - Sensores de temperatura

Fig. 3: Tecnologías de medición - Sensores de presión diferencial

Fig. 4: Tecnologías de medición de humedad - Precisión de medición

Tabla 1: Comparación de costos operativos - diversas tecnologías de medición de humedad

Retrato de Marco Cau

Para productos de la industria farmacéutica, de semiconductores y de energía solar, un ambiente controlado en salas limpias es la condición más importante para una alta calidad y una tasa de rechazo baja. La persona apenas nota un par de % más o menos de humedad relativa, sin embargo, en un producto esto puede ser muy decisivo. Para mantener las condiciones climáticas requeridas, es imprescindible utilizar instrumentos de medición de clima de alta calidad, ya que estos ocupan el primer lugar en la cadena de medición/automatización y control, y afectan directamente a los elementos siguientes como ventiladores, humidificadores, etc. Por ello, en la concepción de salas limpias, se debe prestar gran atención a la sensórica.

En salas limpias modernas, los sensores de clima juegan un papel cada vez más importante, ya que son responsables en última instancia de un aire ambiente estable y conforme. Típicamente, en salas limpias se utilizan casi sin excepción sensores de humedad, temperatura y presión diferencial, cuya tarea es determinar continuamente el valor actual y emitirlo como una señal de control estandarizada. Idealmente, esta señal debe ser precisa, reproducible y estable. Los valores de referencia requeridos, así como la precisión de los parámetros climáticos, dependen principalmente del área de aplicación. Una sala limpia en producción farmacéutica se define de manera diferente a las salas limpias en microtecnología, tecnología médica o en hospitales. Para cumplir con estos requisitos, en algunos casos elevados, es importante seleccionar los sensores según ciertos criterios. Existen grandes diferencias en precisión, reproducibilidad y estabilidad de los instrumentos de medición de clima, y la tecnología de medición utilizada juega un papel importante en ello.

Sensores de humedad
Aquí se diferencian las tecnologías de medición capacitiva y resistivo-electrolítica. El método capacitivo se basa en un dieléctrico que absorbe el agua de la humedad del aire. Esto cambia la capacitancia del sistema y emite una señal determinada. En cambio, los sensores resistivo-electrolíticos miden la conductividad de un electrolito líquido, que varía con la absorción y liberación de agua. En ambas tecnologías, se realiza un procesamiento electrónico del valor bruto para obtener finalmente el valor efectivo de humedad.

Sensores de temperatura
En cuanto a sensores de temperatura, existe una amplia variedad de tecnologías, pero aquí solo se abordarán los métodos de medición más comunes. Estos son los sensores PT100/PT1000 y los llamados sensores NTC. Ambos miden la temperatura ambiente en función de la dependencia de la resistencia eléctrica del elemento. En los PT100/1000, el material es platino, mientras que en los NTC son óxidos metálicos. Cuando la temperatura aumenta o disminuye, la resistencia también aumenta o disminuye, y se emite una señal en consecuencia.

Sensores de presión diferencial
Los terceros en el grupo son los sensores de presión diferencial. Estos miden la diferencia de presión en la sala, entre sala limpia y no limpia, entre diferentes clases de salas limpias o en cascadas de presión. Básicamente, se diferencian entre medición de presión dinámica o estática. La primera se realiza mediante un sensor de flujo másico, que mide la masa de aire que atraviesa desde un área de presión más alta a una más baja y la convierte en una diferencia de presión. Por otro lado, los sistemas estáticos miden el cambio en impedancia que se produce en una capa de silicio piezoresistiva integrada en una membrana cuando se deforma.

Selección de sensores
Lamentablemente, los instrumentos de medición de clima a menudo se eligen solo en función del costo de adquisición. Sin embargo, basar la selección únicamente en el costo suele ser insuficiente. También se deben considerar aspectos técnicos, como la precisión de medición, estabilidad, tiempo de respuesta, histéresis, etc. No hay que olvidar que en la cadena de medición/automatización y control siempre hay un sensor o un instrumento de medición de clima que registra el valor actual y lo transmite a los actuadores. La sensórica juega, por tanto, un papel central en el concepto general de un sistema de climatización. Si se consideran los aspectos siguientes, no habrá impedimentos para un funcionamiento fluido y rentable.

Como regla general: la medición debe ser aproximadamente 5-8 veces más precisa que la requerida en el "PUNTO DE ACCIÓN", es decir, en el proceso. Este factor resulta de la suma de tolerancias en toda la cadena de medición/automatización y control, que incluye no solo sensores y actuadores, sino también ventiladores, sistemas de filtración, humidificadores, compuertas de ventilación, etc.

Ejemplo de medición de humedad:
Una precisión de medición de +/- 2% rF, multiplicada por un factor de 5-8, da una precisión de control en el proceso de +/- 10 a +/- 16% rF, lo cual generalmente no es suficiente en salas limpias. Con una precisión de medición de +/- 0.5% rF, la precisión en el proceso sería de +/- 2.5 a +/- 4% rF. Esta precisión suele ser suficiente en la mayoría de los casos.

La inversión en sensores precisos sin duda vale la pena. Los costos adicionales por los instrumentos de medición no se comparan con la mejora del proceso y la reducción de costos operativos y energéticos. Procesos optimizados permiten beneficios adicionales que reducen costos, como menos energía para el tratamiento del agua y humidificación, mayor duración de los sistemas de filtración, vida útil prolongada de los humidificadores, ciclos de calibración y ajuste más largos, menos ciclos de regulación y, en general, menos ajustes en la instalación.

Para aprovechar estos potenciales de ahorro, la elección de la tecnología adecuada es fundamental, como ilustra el siguiente ejemplo.

Ubicación del sensor
Sin embargo, la selección del sensor es solo la mitad del camino. Además de la calidad del sensor, también es importante su ubicación. El sensor solo puede desempeñar bien sus funciones si está en el lugar correcto. La proximidad al proceso es un criterio principal; es decir, el sensor debe medir lo más cerca posible del proceso y los valores obtenidos deben convertirse e transmitirse inmediatamente en una señal de control. Otros criterios incluyen un acceso sencillo para calibrar y reemplazar, una protección óptima contra desinfectantes (por ejemplo, H2O2), su colocación en el conducto de aire de suministro, por donde se introduce aire fresco en la sala limpia, y finalmente, su instalación en zonas donde se cumplen las condiciones de operación indicadas por el fabricante (por ejemplo, temperatura, condensación, vibraciones, etc.). Si se consideran estos criterios, la precisión de medición, reproducibilidad, estabilidad a largo plazo y vida útil de los sensores pueden mejorarse notablemente.

Los programas de ahorro de costos ya no son una opción, sino una necesidad. La eficiencia de los sistemas completos debe ser cuidadosamente evaluada y considerada en los cálculos de costos, no solo los componentes individuales. No tiene sentido que un humidificador de alta gama y eficiente sea controlado por un sensor impreciso y con histéresis.

En el balance general, los costos adicionales de adquirir tecnología de medición de primera calidad se amortizan en muy poco tiempo, garantizando la calidad del aire en la sala limpia de manera óptima y reduciendo el consumo energético. Y, por último, pero no menos importante, el ahorro energético también contribuye significativamente al medio ambiente. En resumen: ¡una verdadera situación de beneficio mutuo!