Surveillance du débordement de la pièce

Surveillance du débordement de la pièce

Introduction
Un nouveau capteur de flux de chez SCHMIDT Technology présente des caractéristiques entièrement nouvelles. Dans un boîtier métallique très fin se cache une sonde thermique de flux, capable de détecter la direction du flux ainsi que de mesurer la vitesse du flux dans deux directions. Cette sonde vise à améliorer considérablement la surveillance du flux dans le domaine de la technologie des salles blanches. L’un des cas d’utilisation est la surveillance du surflux dans la pièce. Ce rapport souhaite expliquer ce que recouvre le terme « surflux dans la pièce », quels moyens ont été utilisés jusqu’à présent pour le détecter, et comment le surflux peut être amélioré grâce à ce nouveau capteur.

Qu’est-ce que le surflux dans la pièce ?
Lorsqu’on traite des produits en salle blanche de manière ouverte, il est souvent nécessaire de garantir que l’air contaminé provenant des pièces adjacentes n’entre pas dans cette pièce, afin de ne pas endommager les produits ouverts. Cela peut être assuré soit en fermant hermétiquement les pièces (technique d’isolation), soit en assurant un surflux forcé d’air du volume à protéger vers la pièce adjacente. À cette fin, une pression positive est créée dans la pièce à protéger, ce qui entraîne, par toute ouverture existante, un flux d’air vers l’extérieur, empêchant ainsi l’entrée d’air contaminé. Pour maintenir cette situation stable, il suffit généralement d’introduire un flux d’air continu dans la pièce sous pression et de réguler cette pression à l’aide d’un capteur de différence de pression. Avec des surpressions supérieures à 15 Pascals et dans des pièces presque hermétiquement fermées, cela fonctionne bien.

Mais si la pièce possède des portes fréquemment ouvertes ou de grandes ouvertures dans le mur, par exemple pour des convoyeurs de produits, il est souvent impossible de maintenir une différence de pression aussi grande. Dans ces cas, on travaille avec un surpression très faible, et la sécurité du produit est assurée en surveillant le flux d’air qui s’écoule entre les pièces, plutôt que la différence de pression. Si une ouverture murale appropriée existe déjà, on peut y installer un dispositif de mesure. Sinon, une ouverture spéciale pour le surflux est aménagée dans le mur.

Pour évaluer l’impact de la différence de pression dans la pièce sur la vitesse du surflux, la loi d’évacuation de Torricelli peut être utilisée comme approximation, à condition de considérer qu’elle suppose une paroi mince et une ouverture de taille suffisante.

w = racine de (2 x delta p / p)

où :
w = vitesse du flux en m/s
delta p = différence de pression en Pa
p = densité du milieu en kg/m^3

Sous des conditions d’air ambiant à 20°C et à une pression standard de 1013,25 hPa, le calcul donne la relation suivante :

Différence de pression [Pa] Vitesse 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

À partir de ce calcul, on peut voir qu’un capteur de flux installé dans l’ouverture de surflux peut encore détecter un surflux même lorsque la différence de pression n’est plus très grande.
Solutions actuelles
La solution la plus sûre pour éviter les retours d’air entre les pièces est, comme déjà mentionné, de créer une différence de pression aussi élevée que possible. Dans les salles blanches pharmaceutiques, des différences de pression comprises entre 15 et 30 Pascals sont courantes. La valeur de la différence de pression réglée pour produire le surflux est vérifiée lors des tests d’acceptation par la visualisation du flux à l’aide de particules de fumée. Pour une surveillance continue du surflux, on utilise souvent des capteurs de différence de pression qui vérifient que la pression requise est maintenue en permanence. La faiblesse de cette solution est que le signal de mesure de ces capteurs devient instable à très faibles différences de pression, ce qui oblige à maintenir une pression relativement élevée. Alternativement, des girouettes installées dans des ouvertures murales spéciales permettent de lire la direction du flux. Malheureusement, cette version est également peu sensible et, en raison de l’absence d’interface électrique, ne peut pas être intégrée au système de surveillance électronique. Parfois, des capteurs de flux classiques sont également utilisés dans l’ouverture de surflux. Malheureusement, ces capteurs ne peuvent pas détecter la direction du flux.

Principe de fonctionnement du nouveau capteur
Le capteur de flux SS 20.400 est le premier capteur de SCHMIDT dont l’élément sensible peut reconnaître la direction d’un flux d’air. Ce capteur fonctionne selon le principe de l’anémomètre thermique (appelé aussi principe du fil chaud). Les anémomètres thermiques se distinguent par les avantages suivants par rapport à d’autres mesures de flux d’air :

- Mesure des vitesses de flux très faibles (à partir de 0,05 m/s)
- Pas de pièces mobiles, donc pas d’usure
- Très faible résistance au flux, donc faible chute de pression à l’endroit de la mesure

Le nouveau capteur du type SS 20.400 présente encore plusieurs autres avantages que nous allons découvrir ci-après.
Élément et électronique en format mini
Pour le protéger contre les contraintes mécaniques, SCHMIDT a intégré l’élément sensible dans une chambre, appelée « tête de chambre ». Grâce à une conception aérodynamique soignée de cette tête, on a veillé à ce qu’un montage incorrect du capteur (rotation légère par rapport à l’axe du flux ou inclinaison contre l’axe du capteur) ait le moins d’effet possible sur le résultat de la mesure. Dans le tube de détection, juste derrière l’élément sensible, se trouve l’électronique de traitement ultra compacte, qui ne nécessite pas de boîtier de conversion externe. Le cœur de l’électronique est un microprocesseur connecté à l’extérieur via : sortie analogique 4–20 mA / 0–10 V, sortie de direction, sortie de seuil (toutes deux en open collector) et interface RS 232. La sortie analogique fournit un signal linéaire aussi bien pour un flux d’air entrant qu’en sortie. Grâce à l’interface série, l’utilisateur peut régler précisément le capteur selon ses besoins. SCHMIDT propose un kit de programmation, facile à utiliser via un PC.

Les avantages du nouveau capteur
· Reconnaissance claire de la direction
· Mesure dans deux directions
· Réponse très rapide en ms
· Sorties de commutation intégrées
donc utilisable comme alarme directe
· Très compact
· Paramétrable via PC
· Détection de pollution intégrée
· Matériaux conformes aux bonnes pratiques de fabrication (GMP)

Caractéristiques techniques
Forme : sonde immergée (Ø 9 x 150 mm, y compris connecteur),
convertisseur intégré dans le tube de détection.
Gamme d’utilisation : air en flux libre et air guidé dans des conduits de 15 à 1000 mm
Plages de mesure : 1 / 2,5 / 10 / 20 m/s (dans les deux directions)
Début de la plage de mesure : 0,05 m/s
Pression : atmosphérique, 700 .. 1300 hPa
Montage : fixation murale, bride ou raccord traversant
Alimentation : 12 – 24 VDC / moins de 10 mA
Sorties : 0 / 4…20 mA, 0…10 V, 0…5 V,
2 sorties open collector pour la direction et le seuil
RS 232 pour la configuration

Application du nouveau capteur
Le capteur de flux SCHMIDT SS 20.400 possède toutes les qualités nécessaires pour surveiller de manière fiable le surflux mentionné précédemment. Pour le montage du capteur devant l’ouverture de surflux, il existe une bride murale adaptée. La sonde fine est vissée dans cette bride, puis réglée de façon à ce que l’élément sensible soit placé au centre de l’ouverture et que la fente du capteur soit alignée avec l’axe de l’ouverture. Grâce à la sortie analogique, la vitesse de l’air passant par l’ouverture peut être surveillée. Étant donné que le capteur peut mesurer dès 0,05 m/s, un surflux peut encore être détecté même lorsque la différence de pression n’est plus clairement mesurable. Si le capteur ne peut plus détecter de flux entrant ou si un flux de retour se produit, il signale cet état via sa sortie de commutation OC1.

Grâce au kit de programmation, l’utilisateur peut atténuer le signal analogique du capteur et régler lui-même les seuils de commutation des sorties. Cela permet de configurer le capteur de manière optimale pour chaque application.

Le nouveau capteur est proposé en différentes variantes, ouvrant ainsi de nouvelles possibilités d’application dans le domaine de la technologie des salles blanches :
Surveillance du flux laminaire
Mesure du débit volumétrique dans les conduits d’air d’alimentation et d’évacuation
Surveillance de l’air de refroidissement
Contrôle du flux dans les atmosphères de gaz protecteurs

Conclusion
Le capteur de flux SS 20.400 ouvre de nouvelles perspectives pour la surveillance du flux dans les salles blanches. En particulier pour la surveillance du surflux, ce capteur offre les avantages suivants :

· Signal de mesure stable même à de très faibles différences de pression
· Évitement des alarmes prématurées
· Montage simple
· Facile à nettoyer en place
· Montage et démontage rapides (par exemple pour calibration)
· Calibration possible dans tout bon tunnel à vent


Références :
Stöcker, Taschenbuch der Physik, 2e édition 1994