- Valtria en Noticias -
ISO 14644-16: La eficiencia energética llega a las Salas Limpias
En 2013 ASHRAE estimaba que la superficie de Salas Limpias construida en el mundo superaba los 12 millones de m2, con un crecimiento anual del 5%, porque lo que es de suponer que a la fecha de hoy esa cifra haya superado los 15 millones de m2. En la actualidad la situación ha cambiado, los usuarios de Salas Blancas pertenecen a sectores muy diversos y muchos de ellos con condicionantes de mercado y de expectativas de retorno de inversión más modestas.
Ante el cambio de los consumos energéticos la normativa ISO 14644 en su sección 16 se ha modificado para hablar sobre la Eficiencia Energética en Salas Limpias, esta norma define el proceso para reducir y optimizar los costes energéticos actuando de forma global sobre el proceso del ciclo de vida de la Sala Limpia, desde el diseño hasta el desmantelamiento, es aplicable a Salas Limpias existentes y activas.
Enfoque Sistemático
ISO 14644-16 propone un enfoque sistemático para la evaluación del ahorro de energía basado en siete pasos:
- Revisión de los Requisitos de Usuario (URS) y examen del diseño desde el punto de vista de la eficiencia energética.
- Análisis comparativo de los rendimientos de la Sala Limpia
- Identificación de las oportunidades s de reducción de energía
- Evaluación del impacto de las oportunidades de reducción de energía
- Selección de las oportunidades de reducción de energía
- Implementación
- Monitorización y retorno de experiencia
URS
Los Requerimientos de Usuario (URS) son la “primera piedra” en la construcción de una Sala Blanca, su correcta definición depende en gran medida del consumo energético de la futura instalación, la normativa ISO 14644-16 concede una importancia capital a una correcta y equilibrada redacción de URS.
En ocasiones se cree que cuanto más estrictas y restrictivas sean las condiciones que exigen a la Sala Blanca, mayor será su calidad, en realidad la sobre especificación solo da apariencia de calidad y añade complejidad técnica, coste de instalación y coste de explotación.
En algunas Salas Limpias los productos o materiales procesados tienen unos límites termo-higrométricos más amplios que los límites de confort de los operarios, el ISO 14644-16 recuerda que los límites de confort generalmente admitidos para la humedad relativa están en el rango de 30-70%, sin embargo, es común encontrar especificaciones de humedad relativa interior de 40-60% o 45-50% en instalaciones.
La sobre especificación puede ayudar a la racionalización energética, no obstante, el personal es el mayor foco de contaminación de una Sala Limpia y, por tanto, la mayor parte del esfuerzo de diseño va destinado a eliminar la contaminación aportada por las personas, por lo cual una especificación más estricta de la vestimenta dentro de la Sala Limpia reducirá la contaminación emitida.
VOLUMEN DE AIRE
ISO 14644-16 desmitifica y cuestiona la utilidad real de las ACH como método de cálculo para la definición de los caudales de ventilación. La función de la ventilación en una Sala Limpia es eliminar las partículas generadas por la actividad en el interior de la propia sala; por tanto la norma propone calcular el caudal de ventilación a partir de las partículas emitidas en el interior de la sala por unidad de tiempo mediante la formula:
D: Tasa total de emisión de partículas del personal y de los equipos, en (contajes/s);
Ɛ: Eficacia de la ventilación (adimensional).
La parte más difícil es la estimación de los parámetros D y Ɛ
La tasa de emisión de los equipos puede suponerse realmente baja, ya que uno de los condicionantes para los equipos y materiales que entran a una Sala Limpia es que precisamente no generen partículas. La mayor tasa de partículas viene de las personas y depende fundamentalmente de la vestimenta y el nivel de actividad
El parámetro Ɛ es tambien difícil de estimar, ya que depende de las características y posición de las entradas y salidas de aire, de la geometría de la sala, posición de equipos, etc… Posiblemente el uso de sistemas CFD puede ayudar a esta estimación.
El parámetro C sería el nivel de partículas correspondiente a la clase ISO que se pretende conseguir, aunque la norma recomienda tomar un nivel inferior de partículas como “nivel de alerta o seguridad” Así para una ISO 7 que permite hasta 352.000 partículas/m3 de 0,5µ se debería elegir un parámetro C netamente inferior (por ejemplo 1/3 que serían 117.330, o 1/4 que serían 88.000)
En todo caso los valores D y Ɛ siempre serán teóricos y sujetos a controversia. ISO 14644-16 propone complementar el cálculo teórico con un sistema alternativo experimental, basado en la medición real de partículas en la sala en condiciones operativas. El sistema se desarrolla en tres etapas:
- Diseño: Se determina un caudal Q1 mediante una estimación inicial de emisión de partículas y efectividad de la ventilación. Para este primer diseño pueden tomarse datos muy conservadores puesto que se considera que el caudal obtenido, Q1, será optimizado en los siguientes pasos.
- Ensayo: Se ensaya el caudal Q1 en la sala en condiciones operativas y se miden las concentraciones reales para diferentes tamaños de partículas. Con los datos obtenidos se calcula un nuevo caudal Q2, generalmente menor que Q1, que conseguiría los resultados esperados.
- Operación: Se utiliza el caudal Q2 en operación y se utilizan los datos de monitorización para confirmar que es el caudal adecuado o para optimizar un nuevo caudal Q3 más eficiente.
En cualquier caso, el caudal final, además de conseguir el índice de limpieza requerida no debe comprometer otros parámetros de la sala limpia como temperatura, humedad y presión.
Este nuevo enfoque deja sin valor real el concepto de recirculaciones/hora o ACH. La propia norma da un ejemplo muy claro: Dos Salas Limpias con las mismas fuentes de emisión de partículas necesitan el mismo caudal de aire, pero si una tiene más altura (y por tanto más volumen) las ACH serian distintas, aunque el resultado a nivel de partículas será similar en ambas salas.
REGIMEN REDUCIDO, APAGADO Y RECUPERACION
La reducción debe ir coordinada con un ajuste automático en las compuestas de retorno con el fin de mantener el régimen de presión relativa en la sala, durante el periodo de inactividad a funcionamiento reducido es importante cerrar los puntos de acceso a la sala para evitar el ingreso de contaminación.
CONTROL ADAPTATIVO
Una vez que ISO 14644-16 desmitifica las recirculaciones/hora o ACH, la consecuencia es la desmitificación de otro concepto, también intocable hasta el momento y que va ligado a las ACH: el caudal constante en impulsión. Hasta ahora las premisas básicas de ventilación en una Sala Limpia eran caudal constante en impulsión y caudal variable (para control de presión) en retorno. Pero si se acepta que el caudal de impulsión depende de la emisión de partículas, la variación en la tasa de emisión de partículas implicaría la posibilidad de variación en el caudal de impulsión.
Esto introduce el concepto de “control adaptativo”. Hay sectores en los que se requiere una monitorización continua de las partículas en la Sala Limpia; por ejemplo, Anexo 1 GMP para grados A y B o la normativa aeroespacial europea ECSS para todas las clases hasta ISO 8.
Si hay un sistema de monitorización en continuo, es posible definir un procedimiento de control que ajuste el caudal de impulsión proporcionalmente a las partículas detectadas en tiempo real. No es un procedimiento sencillo, implica un filtrado y calculo promedio de los contajes para tener una señal de control estable y considerar otros factores que deben mantenerse como la presurización y el adecuado control de temperatura y humedad. Sin embargo, bien desarrollado, puede ser uno de los sistemas de gestión energética más eficiente para Salas Limpias.
REDUCCION DE VELOCIDAD
En los sistemas de flujo unidireccional (UDAF), el factor determinante no es el caudal de aire sino la velocidad. El valor de 0,45m/s ±20% (0,36-0,54m/s) se ha mantenido inamovible desde que fue definido en los años 60 por la US Air Force y consagrado por la venerable US FED-STD 209.
ISO 14644-16 sugiere aplicar el mismo razonamiento utilizado para reducir el caudal en las instalaciones de flujo turbulento y reducir la velocidad de las unidades UDAF en los periodos sin actividad en su interior. La norma indica que en condiciones de poca o nula actividad la velocidad podría reducirse al entorno de 0,2-0,3m/s.
La norma también sugiere evaluar la posibilidad de parar las unidades UDAF instaladas en el interior de Salas Limpias en los periodos de inactividad. En general el caudal de aire de un UDAF suele ser muy superior al caudal de aire de la Sala Limpia en la que está instalada, por lo que el ahorro energético conseguido tendrá un impacto considerable.
VENTILADORES
Para que una reducción de caudal se transforme en ahorro energético es necesario contar con ventiladores que puedan traducir las reducciones de caudal en reducciones de energía sin perdidas mecánicas o de eficiencia. Para seleccionar los ventiladores de una Sala limpia se debería tener en cuenta:
- Alta eficiencia: para transformar la reducción de caudal en ahorro energético
- Variación de velocidad: para permitir un control adecuado del caudal requerido.
- Transmisión directa: Para evitar las pérdidas de transmisión entre el motor y la turbina. (Las transmisiones clásicas de correas y poleas, cuando están en buenas condiciones, consumen entre un 10 y 15% de la energía total del motor, con correas deficientes o destensadas por el uso, las pérdidas son mucho mayores.)
FILTROS
Los filtros de aire son una parte esencial de las Salas Limpias, las altas eficiencias de filtración implican altas pérdidas de carga y la pérdida de carga está directamente ligada con la energía necesaria para vencerla. La perdida de carga es proporcional al cuadro de velocidad y la velocidad es proporcional al cubo de la potencia, por lo que una reducción de perdida de carga del 50% reduce la potencia del ventilador en un factor de 2.8.
La sobre utilización de filtros incrementa el coste energético de la instalación, ISO 14644-16 recomienda aplicar una política de ciclo de vida a los filtros sustituyendo los filtros con criterio de eficiencia energética, es decir, cuando el incremento de coste por consumo de energía supera el coste de amortización del filtro nuevo.
CARGAS TERMICAS
Las cargas térmicas, de frio y calor, son otro de los grandes factores de consumo de energía en una Sala Limpia. ISO 14644-16 recomienda abordar la eficiencia energética de las cargas térmicas desde distintos ángulos:
- Reducción de la carga térmica: Incrementando la eficacia del aislamiento respecto del exterior y racionalizando las cargas internas, estudiando como minimizar o aislar las cargas térmicas interiores.
- Racionalización de los puntos de consigna: Seleccionando puntos de consigna y rangos de variabilidad acordes con las necesidades reales de la sala. ISO 14644-16 señala la posibilidad de dejar que la humedad pueda fluctuar entre el 30 y el 70% cuando el requerimiento de control de humedad es únicamente por confort de los ocupantes. También se aconseja especificar puntos de consigna, de temperatura y humedad, más flexibles en periodos de baja ocupación o reposo.
- Racionalización del aire exterior: La toma de aire exterior (TAE) es uno de los mayores focos de carga térmica en el sistema de HVAC de una Sala Limpia. La tasa de aire exterior debe calcularse y justificarse en función de las necesidades de sobrepresión, oxigenación y ventilación. Es muy común determinar el caudal de aire exterior como un porcentaje del caudal total de impulsión. De acuerdo a ISO 14644-16 esta práctica no tiene ninguna base racional de justificación, no aporta calidad a la Sala Limpia y es una fuente de ineficiencia energética.
Lamentablemente en la versión en español editada por AENOR se ha traducido erróneamente “Fresh Air”, es decir aire exterior o de reposición, como “aire limpio” por lo que algunos razonamientos como la Tasa de Renovación de Aire (ACE) o las recomendaciones de reducción del caudal de aire exterior quedan confusas y difíciles de entender en el testo en español. A lo largo del texto se mezclan dos conceptos distintos bajo la misma definición, en algunas partes del texto “aire limpio” se asocia al concepto de aire filtrado con bajo nivel de partículas, mientras que en otras partes el concepto “aire limpio” se asocia con el aire exterior de renovación.
CONCLUSIONES
ISO 14644-16 es un documento realmente útil para racionalizar y reducir el consumo energético de las Salas Blancas. Ofrece una metodología bien estructurada y fundamentada que cubre todos los factores que afectan al rendimiento de las Salas Blancas. Su metodología es de aplicación tanto a las instalaciones nuevas o en proceso de reforma como a las instalaciones en funcionamiento.
Las industrias relacionadas con las Salas Limpias tienen en ISO 14644-16 un documento fundamental para mantener costes operativos viables, optar a subvenciones o exenciones ligadas a factores de eficiencia energética o cumplir políticas de responsabilidad social en sostenibilidad.
Miguel Ruiz
Consultor GMP
