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Esquema de control de presión para sala grande de equipos de extracción en sala limpia

2024-04-24

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En el proceso de fabricación moderna e investigación científica, el taller de sala limpia es una instalación común utilizada para garantizar la limpieza del entorno de producción y experimentación, especialmente en aquellos procesos y experimentos que requieren altos estándares de limpieza y presentan bajos niveles de contaminación. El sistema HVAC es fundamental para asegurar la estabilidad y fiabilidad de parámetros ambientales clave en salas limpias de fábricas farmacéuticas, como la temperatura, la humedad y la presión diferencial; y el control de presión constituye un eslabón clave dentro del sistema HVAC. Este artículo analiza y estudia el control de presión en la sala donde se ubican diversos equipos de extracción a gran escala, considerado un objeto crítico y complejo de control en la industria, combinando distintas estrategias para lograr dicho control.

En el proceso de fabricación moderna e investigación científica, el taller de sala limpia es una instalación común utilizada para garantizar la limpieza del entorno de producción y experimentación, especialmente en aquellos procesos y experimentos que requieren altos estándares de limpieza y presentan bajos niveles de contaminación. El sistema HVAC es fundamental para asegurar la estabilidad y fiabilidad de parámetros ambientales clave en salas limpias de fábricas farmacéuticas, como temperatura, humedad y presión diferencial; siendo el control de presión uno de los eslabones más importantes del sistema HVAC. Este artículo analiza y estudia el control de presión en la sala donde se ubican diversos equipos de extracción a gran escala, un objeto crítico y complejo de control dentro de la industria, combinando diferentes esquemas de regulación de presión en dicha sala.

Principio de control de presión en habitaciones y esquema de control principal

1.1 Principio de construcción de la presión en la habitación

El aire limpio, tratado mediante regulación de temperatura y humedad, filtración y otros procesos, se envía a la sala controlada. A continuación, se ajusta la proporción entre el volumen de aire suministrado, devuelto y extraído en la sala, controlando así el volumen de aire que se filtra hacia el exterior, con el fin de establecer un volumen residual capaz de mantener una presión estable dentro de la sala, es decir, lograr una presión ambiente constante. Inmediatamente se genera una diferencia de presión o gradiente de presión entre la sala controlada correspondiente y las salas adyacentes.

Por lo tanto, el volumen residual de aire es un factor clave para establecer la presión en la sala. Cuando el volumen residual de aire de la habitación es positivo después de restar el volumen de suministro de aire del volumen de retorno y extracción más el volumen de aire filtrado, la sala se convierte en una habitación de presión positiva; en caso contrario, es una habitación de presión negativa.

1.2 Resumen del esquema de control de presión de la sala

1.2.1 Esquema tradicional de ajuste manual de válvulas

Realizar la puesta en marcha del balance de aire para el sistema de climatización del cuarto limpio. Cuando cada sala tenga suficiente volumen residual de aire, podrá ajustar directamente las válvulas manuales de suministro, retorno y extracción de aire de las salas correspondientes; una vez ajustado el balance de aire de todo el sistema de climatización, se establecerá el gradiente de presión en las salas relevantes.

Este esquema presenta las ventajas de un control sencillo y bajo costo, pero también tiene desventajas evidentes. Si el filtro se obstruye en etapas posteriores, es fácil que se pierda el equilibrio, lo que requiere ajustes manuales frecuentes y reduce significativamente la capacidad antiinterferente. Por ello, se utiliza con mayor frecuencia en entornos productivos donde los costos son bajos y no se exigen altos niveles de limpieza, mientras que es menos común en proyectos biofarmacéuticos, donde los costos son elevados.

1.2.2 Entrega personalizada, solución programada y adaptativa CAV+CAV

Este esquema consiste en instalar una válvula mecánica de caudal de aire constante, conocida como caja CAV, en las tuberías de suministro, retorno y extracción del recinto limpio. Independientemente de si el filtro del sistema está obstruido o no, y sin importar cómo varíe la resistencia, esta válvula garantiza siempre que el volumen de aire suministrado, devuelto o extraído permanezca relativamente constante gracias a su principio independiente de la presión, asegurando así que el volumen residual de aire en la sala cumpla con los requisitos establecidos.
El esquema presenta las ventajas de un control sencillo, costos relativamente bajos, una fuerte capacidad antiinterferente, estabilidad y confiabilidad, y se utiliza ampliamente en diversas salas limpias de la industria farmacéutica; sin embargo, no es adecuado para salas equipadas con equipos de extracción de gran tamaño.

1.2.3 Solución de control automático programado biestable más entrega fija: CAV + caja e-CAV

El esquema consiste en instalar una caja CAV en la tubería de suministro de aire del cuarto limpio, así como una válvula eléctrica bistable de caudal de aire constante, denominada caja e-CAV, en la tubería de retorno o de extracción de aire.
, que es adecuado para salas con equipos de extracción grandes. Aumenta el costo del actuador eléctrico y del control relacionado, y pertenece al esquema con un costo relativamente bajo en cuanto a control automático.

1.2.4 Solución de control automático de descarga variable y control de bias de presión CAV + VAV

El esquema consiste en instalar una caja CAV en la tubería de suministro de aire del cuarto limpio, y una válvula de volumen de aire variable, conocida como caja VAV, en la tubería de retorno o escape de aire.

Este es un esquema de control de presión en sala en cascada que puede rastrear automáticamente y controlar principalmente el volumen residual de aire en la sala, además de realizar un control auxiliar y preciso de la presión. El volumen de extracción de aire puede ser monitoreado. Cuando el volumen total de extracción de aire en la sala varía, el sistema de control automático calcula en tiempo real el valor de ajuste actual de la válvula de caudal variable del aire de retorno o extracción, basándose en el volumen residual de aire, con el fin de mantener estable la presión en la sala; este cálculo se convierte en el enlace principal de control. Al mismo tiempo, mediante el monitoreo del cambio de presión en la sala, el sistema realiza una operación PID entre el valor actual y el valor deseado de presión en la sala, es decir, el valor de salida del PID se multiplica por un determinado factor de influencia (10%, 20%, etc., definido mediante puesta en marcha en campo), y se suma al valor actual establecido de la válvula de caudal variable en el enlace principal de control. Este valor establecido sirve para realizar un ajuste fino secundario, logrando así un control más preciso de la presión [1]. Si no es posible monitorear el volumen de extracción de aire del equipo, la operación PID puede realizarse directamente utilizando el valor actual y el valor deseado de presión en la sala, y el valor de salida del PID controlará directamente la válvula de caudal variable para mantener constante la presión en la sala.

El esquema integra las ventajas de la estabilidad del control automático del volumen residual de aire y la precisión del control directo de presión que participa en la compensación. Por lo tanto, este esquema es adecuado para salas con altos requisitos de control de presión. Sin embargo, esta solución resulta relativamente costosa debido al uso de una caja VAV de tipo de respuesta rápida, aunque el efecto de inmediatez del control es mejor.