Sorveglianza dell'inondazione della stanza

Monitoraggio delle sovraccariche di spazio

Introduzione
Un nuovo sensore di flusso proveniente dalla casa SCHMIDT Technology presenta caratteristiche completamente nuove. In un involucro metallico molto sottile si nasconde una sonda di flusso termico, in grado di rilevare sia la direzione del flusso che di misurare la velocità del flusso in due direzioni. Questa sonda si propone di migliorare significativamente il monitoraggio del flusso nel settore della tecnologia delle camere bianche. Uno dei casi d'uso è il monitoraggio del sovraccarico di aria. Questo rapporto vuole illustrare cosa si cela dietro il termine sovraccarico di aria, con quali mezzi è stato finora rilevato e come il sovraccarico di aria possa essere migliorato con l'aiuto di questo nuovo sensore.

Cos’è il sovraccarico di aria?
Quando in camere bianche vengono lavorati prodotti in modo aperto, spesso è necessario garantire che l’aria contaminata proveniente dalle stanze adiacenti non entri in questa stanza, danneggiando i prodotti aperti. Ciò può essere assicurato o chiudendo uniformemente le stanze (tecnica di isolamento) o assicurando un sovraccarico di aria forzato dalla stanza da proteggere verso quella adiacente. A tal fine, si crea una pressione positiva all’interno della stanza da proteggere, e di conseguenza l’aria fluirà verso l’esterno attraverso ogni apertura presente, impedendo così l’ingresso di aria contaminata. Per mantenere questa situazione stabile, di solito basta dirigere un flusso continuo di aria in questa stanza a sovrappressione e regolare la pressione con un sensore di differenza di pressione. Con pressioni superiori a 15 Pascal e in stanze quasi completamente sigillate, questo metodo funziona bene.

Tuttavia, se si tratta di una stanza con porte frequentemente aperte o con grandi aperture nelle pareti, ad esempio per i nastri trasportatori di prodotti, spesso non è possibile mantenere una differenza di pressione così elevata. In questi casi, si lavora con pressioni di sovrappressione molto basse e si garantisce la sicurezza del prodotto monitorando il flusso d’aria tra le stanze. Se è già presente un’apertura di parete adeguata, si può installare in questa un dispositivo di misurazione. Altrimenti, si installa un’apertura di sovrappressione speciale nella parete.

Per valutare come la differenza di pressione tra le stanze influisca sulla velocità del flusso, si può usare approssimativamente la legge di uscita di Torricelli, considerando che questa analisi presuppone una parete sottile e un foro di dimensioni adeguate.

w = √(2 × delta p / p)

dove:
w = velocità del flusso m/s
delta p = differenza di pressione [Pa]
p = densità del mezzo [kg/m^3]

Sotto le condizioni di aria di stanza a 20°C e pressione atmosferica di 1013,25 hPa, il calcolo fornisce la seguente relazione:

Differenza di pressione [Pa] Velocità 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

Da questo calcolo si può capire che un sensore di flusso installato nell’apertura di sovrappressione può ancora rilevare un sovraccarico anche quando le differenze di pressione sono molto piccole.
Soluzioni attuali
La soluzione più sicura per prevenire il ritorno di flussi tra le stanze, come già detto, è creare una pressione di differenza il più alta possibile. Nei laboratori farmaceutici, le differenze di pressione tra 15 e 30 Pascal sono comuni. La pressione di differenza impostata, che genera il sovraccarico desiderato, viene verificata durante i test di accettazione attraverso la visualizzazione del flusso con particelle di fumo. Per il monitoraggio continuo del sovraccarico, si usano spesso sensori di differenza di pressione che attestano che la pressione richiesta viene mantenuta costantemente. Il punto debole di questa soluzione è che il segnale di misura di questi sensori diventa instabile a pressioni molto basse, costringendo a mantenere una pressione relativamente alta. In alternativa, si usano bandiere del vento installate in aperture di parete appositamente realizzate, da cui si può leggere la direzione del flusso. Purtroppo, questa versione è piuttosto insensibile e, a causa dell’assenza di un’interfaccia elettrica, non può essere integrata nel sistema di monitoraggio elettronico. In alcuni casi, vengono usati anche sensori di flusso normali, posti nell’apertura di sovrappressione. Tuttavia, questi sensori non sono in grado di rilevare la direzione del flusso.

Principio di funzionamento del nuovo sensore
Il sensore di flusso SS 20.400 è il primo sensore della SCHMIDT in cui l’elemento sensore può riconoscere la direzione di un flusso d’aria. Questo sensore funziona secondo il principio dell’anemometro termico (noto anche come principio del filo caldo). Gli anemometri termici si distinguono dagli altri misuratori di flusso d’aria per i seguenti vantaggi:

- velocità di flusso minima rilevabile (da 0,05 m/s)
- nessuna parte mobile e quindi nessun usura
- resistenza al flusso molto bassa, ovvero bassa caduta di pressione nel punto di misura

Il nuovo sensore di tipo SS 20.400 presenta anche altri vantaggi che ora vengono illustrati.
Elemento e elettronica in formato ridotto
Per proteggerlo da sollecitazioni meccaniche, SCHMIDT ha inserito l’elemento sensore in una camera, chiamata “testa della camera”. Grazie a una progettazione aerodinamica accurata di questa testa, si è assicurato che anche un montaggio impreciso del sensore (ruotato leggermente rispetto all’asse del flusso o inclinato rispetto all’asse del sensore) abbia il minimo impatto sui risultati di misura. Nella tubazione di sensore, subito dietro l’elemento sensore, si trova l’elettronica di elaborazione estremamente compatta, quindi non è necessario cercare un trasmettitore esterno. Il cuore dell’elettronica è un microprocessore collegato al sensore tramite le seguenti interfacce: uscita analogica 4-20 mA / 0-10 V, uscita di direzione, uscita di soglia (entrambe come Open Collector) e interfaccia RS 232. L’uscita analogica fornisce un segnale lineare sia per aria che fluisce in avanti che indietro. Tramite l’interfaccia seriale, l’utente può configurare il sensore secondo le proprie esigenze. A tal fine, SCHMIDT Technology offre un kit di programmazione, facile da usare tramite PC.

Vantaggi del nuovo sensore
· Riconoscimento chiaro della direzione
· Misura in due direzioni
· Risposta molto rapida in millisecondi
· Uscite di commutazione integrate, quindi utilizzabile anche come guardia per allarmi diretti
· Dimensioni molto compatte
· Parametrizzazione tramite PC
· Rilevamento di contaminazione integrato
· Materiali conformi GMP

Dati tecnici
Forma: sonda immersa (Ø 9 x 150 mm, inclusa spina),
Trasmettitore integrato nel tubo sensore.
Campo di applicazione: aria libera e aria condotta in tubi da 15 a 1000 mm
Range di misurazione: 1 / 2,5 / 10 / 20 m/s (in entrambe le direzioni)
Inizio del range di misura: 0,05 m/s
Pressione: atmosferica, 700 .. 1300 hPa
Montaggio: a scelta, supporto a parete, flangia o raccordo passante
Alimentazione: 12 – 24 VDC / meno di 10 mA
Uscite: 0 / 4 ... 20 mA, 0..10 V, 0..5 V,
2 uscite Open Collector per direzione e soglia
Interfaccia RS 232 per configurazione

Applicazioni del nuovo sensore
Il sensore di flusso SCHMIDT SS 20.400 possiede tutte le caratteristiche per monitorare in modo affidabile il sovraccarico di aria. Per il montaggio davanti all’apertura di sovraccarico, esiste una flangia di supporto a parete adatta. In questa si avvita la sonda sottile, regolata in modo che l’elemento sensore si trovi al centro dell’apertura e che la fessura del sensore sia allineata con l’asse dell’apertura. Con l’uscita analogica, è possibile monitorare la velocità dell’aria che attraversa l’apertura di sovrappressione. Poiché il sensore può misurare già a 0,05 m/s, è possibile rilevare un sovraccarico anche quando la differenza di pressione non è più chiaramente misurabile. Se il sensore non riesce più a rilevare il flusso in avanti o se si verifica un ritorno di flusso, segnalerà questa condizione tramite la sua uscita di commutazione OC1.

Con il kit di programmazione, l’utente può attenuare il segnale analogico del sensore e impostare autonomamente le soglie di commutazione delle uscite di commutazione. In questo modo, il sensore può essere configurato in modo ottimale per ogni applicazione.

Il nuovo sensore è disponibile in diverse varianti, aprendo ulteriori possibilità di applicazione nel settore della tecnologia delle camere bianche:
Monitoraggio del flusso laminare
Misurazione del volume d’aria in condotti di alimentazione e di scarico
Monitoraggio dell’aria di raffreddamento
Controllo del flusso in atmosfere di gas protettivi

Conclusioni
Il sensore di flusso SS 20.400 apre nuove possibilità per il monitoraggio del flusso nelle camere bianche. In particolare, per il monitoraggio del sovraccarico di aria, questo sensore può vantare i seguenti punti di forza:

· Segnale di misura stabile anche con differenze di pressione molto basse
· Evitare allarmi prematuri
· Montaggio semplice
· Facile da pulire anche in posizione installata
· Installazione e rimozione rapide (ad esempio per calibrazione)
· Calibrazione possibile in ogni buon tunnel del vento


Riferimenti:
Stöcker, Taschenbuch der Physik, 2ª edizione 1994