Sistemas De Filtragem Para Sala Limpa E Ambientes Controlados
Por Carla Legner
Edição Nº 68 - Maio/Junho de 2014 - Ano 13
Sala limpa é um ambiente controlado utilizado para testes ou manufatura de produtos onde a contaminação por partículas presentes no ar interfere no seu resultado
Sala limpa é um ambiente controlado utilizado para testes ou manufatura de produtos onde a contaminação por partículas presentes no ar interfere no seu resultado. Necessário, principalmente em laboratórios químicos, laboratórios que produzem remédios, locais onde se manufaturam satélites espaciais, salas de operação, entre outros. Existem três objetivos principais na utilização de condicionamento de ar para salas limpas: manter a temperatura estável, controlar o nível de umidade e garantir a qualidade do ar.
Os sistemas de filtragem para sala limpa e/ou ambientes controlados são conjuntos de equipamentos que vão desde a captação do ar (atmosférico ou enclausurado) até a liberação do mesmo (salas fechadas ou mesmo para a atmosfera) passando por ventiladores, caixas, dutos, filtros dos mais variados tipos, sistemas de refrigeração ou aquecimento de modo a proporcionar um ar mais limpo ao destino final. Tudo isso de acordo com a necessidade do cliente estabelecida em normas ou equipes de engenharia ou projetos de ar.
Nesses sistemas, principalmente o ar, que é uma mistura deles contendo sólidos dissolvidos em suspensão, de forma geral e não apenas aplicados a salas limpas, existe um conjunto de dispositivos que promovem uma redução na concentração do particulado em suspensão levado pelo ar. Como a classificação das salas limpas é feita especificamente com base na concentração de partículas totais (viáveis e não-viáveis) em suspensão no ar de cada ambiente, baseado em ensaios com medição controlada em um número de pontos pré-determinado ao longo dos ambientes, os conjuntos de filtragem são imprescindíveis às salas limpas.
Eduardo Sanches Zanizzelo, engenheiro da Linter Filtros explica que sem um sistema adequado, não é possível atender a expectativa do cliente e consequentemente prejudica todo um trabalho que pode ser feito pelo mesmo. Uma vez estabelecido um projeto, este tem que ser cumprido à risca, sem adaptações de terceiros sem o devido conhecimento do que está sendo feito, nenhum vendedor de qualquer periférico utilizado em um sistema de filtragem, tem autonomia para modificar o produto sem autorização prévia, o que não é raro de acontecer.
"Devido à qualidade de ar altíssima exigida em centros cirúrgicos, UTI’s, salas de fabricação, envase e encapsulamento de medicamentos e componentes químicos, os hospitais, empresas farmacêuticas e laboratórios são sempre o foco principal dos fornecedores desses sistemas de filtragem. Vale lembrar que sempre há necessidade em novos nichos de mercado, pois hoje as empresas se preocupam mais com o tipo de ar que esta sendo oferecido ao seu processo produtivo e seus funcionários, interferindo diretamente na qualidade do produto e do trabalho", ressalta Eduardo.
De acordo com J. Fernando B. Brito, engenheiro mecânico da Adriferco Engenharia e Consultoria para serem realmente eficientes e fornecerem o que foi contratado, um sistema de filtragem deve conter:
Elementos filtrantes: É um dos principais itens do conjunto de filtragem e variam, além de seus aspectos dimensionais, com relação à sua eficiência de filtragem, a qual define sua "classificação". No Brasil, adota-se a norma ABNT NBR 16101: 2012 (baseada na norma EN-779) para classificação dos filtros grossos e finos e a norma EN-1822 para classificação dos filtros HEPA e ULPA (anteriormente conhecidos com filtros absolutos de classe A3 conforme NBR 6401: 1980, extinta, porém o termo implica 100% de eficiência, o que, obviamente, jamais poderia ser alcançado).
Barreira não permeável aos gases separando os lados sujos (a montante) e limpos (a jusante) do conjunto de filtragem: Servem para impedir que o ar se desvie dos filtros (by pass), contornando-os sem ser filtrado.
Molduras para acomodação das células ou mantas filtrantes: São os quadros de fixação dos elementos filtrantes e servem, além de lhes oferecer sustentação, também servem para acomodar e ancorar os dispositivos de vedação e aperto. Devem possuir um bom requadramento e planicidade para acomodar corretamente os filtros, sem causar distorções aos elementos filtrantes.
Vedações e dispositivos de aperto: Em qualquer sistema de escoamento fluidodinâmico, o fluido sempre seguirá o caminho de menor resistência, então, para impedir que o fluido contorne os filtros (by pass) sem ser filtrado, é necessário que existam vedações entre as molduras de fixação e as contramolduras dos filtros, devendo ser planejadas em função de sua aplicação e da eficiência de filtragem do
conjunto.
Recursos para medições e ensaios: Grandemente negligenciados, estes elementos são essenciais para a determinação do estado de saturação e, em alguns casos, para a detecção de vazamentos no conjunto de filtragem (elementos filtrantes, molduras, vedações e barreira), o que reduz a eficiência global do conjunto.
"Os sistemas de filtragem proporcionam o controle da contaminação de partículas e graus apropriados para realização de atividades sensíveis à contaminação. Um sistema de filtragem para sala limpa ou ambiente controlado é formado basicamente por três estágios de filtragem do ar, pré-filtros grossos, filtros finos e filtros absolutos (HEPA), sendo que para um ambiente controlado nem sempre é necessário o último estágio com filtro HEPA. Esses estágios citados são utilizados para filtragem de partículas sólidas. Em alguns casos mais específicos, ainda pode ser acrescentado outros estágios como, por exemplo, filtros de carvão ativado, utilizados para filtragem de gases e odores, e filtros com sílica para retirar a umidade do ar", completa Adriano Villarmosa, engenheiro de aplicação do Grupo Veco.
Tipos de sistemas
Para um sistema clássico utilizando máquina de ar condicionado central, são utilizados filtros grossos na admissão de ar externo da máquina, instala-se uma bateria com filtros grossos e finos em uma caixa de filtragem no ramal principal da rede de dutos, e por fim, no final de cada duto instalam-se difusores de ar com filtro terminal HEPA. "Os sistemas projetados pelo Grupo Veco, em sua maioria são utilizados filtros terminais HEPA. O conceito que vendemos torna-se mais caro, mas garante que qualquer contaminação existente na rede de dutos de insuflamento seja filtrada no final do percurso. São raros os casos em que utilizamos o recurso de instalar filtros HEPA direto na caixa de filtragem, fazemos dessa forma apenas quando existe alguma limitação estrutural ou caso seja explicitamente solicitado pelo cliente", explica Adriano.
Ainda considerando esse tipo de sistema, podem-se utilizar as caixas de filtragem do tipo Bag in Bag out substituindo a caixa de filtragem padrão. A diferença é que nas caixas de filtragem Bag in Bag out, os filtros nela instalados quando substituídos já saem embalados prontos para o descarte evitando que o técnico tenha qualquer contato com o contaminante impregnado nos filtros. Esse tipo de caixa de filtragem é normalmente utilizada pelas indústrias farmacêuticas. Nesse tipo de sistema existe uma máquina de ar condicionado central dimensionada para atender as especificações de temperatura, umidade e vazão de ar.
"Além da máquina, o sistema conta com sistema para regulagem da vazão de insuflamento através de dampers, registros, grelhas e inversores de frequência, essenciais para a realização do balanceamento do sistema de ar e diferencial de pressão entre os ambientes. Esse tipo de sistema é utilizado para áreas maiores, em sua maioria acima de 50 m²", complemente o engenheiro.
Para áreas menores utilizamos aparelhos mais simples, compactos, rápidos e de fácil instalação. Esses sistemas compactos são versáteis, eficazes e muito utilizados para adequação de ambientes com estrutura física existente, limitada e com poucas possibilidades de modificações estruturais. O Grupo Veco disponibiliza ao mercado as Unidades de Filtragem Refrigeradas (UFR), Unidades de Ventilação (UV), Difusores Motorizados (DM – Fan Filter Unit) e Unidades de Descontaminação (UD).
As UFRs são equipamentos de ar condicionado com capacidade de 12.000 ou 24.000 Btu/h, vazão de 830 e 1660 m³/h respectivamente, proporcionando pressão positiva com filtragem grossa e HEPA. As UFRs padrão são instaladas como se fosse um ar condicionado doméstico de janela, e ainda existe a possibilidade de fazê-lo com rede de dutos e filtros HEPA terminal. No caso das UVs, são equipamentos que captam 100% do ar de um ambiente e insufla ar filtrado com filtragem grossa e HEPA para o ambiente a ser tratado.
Os DMs são equipamentos que ficam normalmente instalados embutidos no forro da sala limpa ou controlada, dotados de filtragem grossa e HEPA, podendo fazer parte de um sistema de ar onde uma determinada máquina de ar condicionado não possui pressão estática suficiente para vencer os filtros HEPA terminais, ou ainda, podem ser usados num sistema próprio captando um ar já refrigerado dentro do próprio forro, formando um plenum, e insuflará o ar refrigerado e filtrado para a sala limpa ou controlada. Para essa segunda aplicação é considerada como parte do sistema uma rede de dutos para retorno do ar para o próprio forro e pontos para captação de ar externo para obtenção de pressão positiva no ambiente.
As UDs são equipamentos que podem ficar dentro do ambiente recirculando o ar e melhorando o seu grau de limpeza, ou ainda, podem ficar instalados num ambiente externo captando o ar de outro ambiente e insuflando ar filtrado para a sala limpa ou controlada gerando pressão positiva no ambiente. Esses equipamentos normalmente são fornecidos com filtragem grossa combinado com carvão ativado e filtro HEPA.
Os filtros
Os filtros mais utilizados para esses sistemas são os filtros grossos, médios, finos e absolutos, produzidos com elementos filtrantes como: alumínio, celulose, poliéster, carvão ativado e fibra de vidro. De acordo com J. Fernando, no Brasil, para os filtros grossos, médios e finos, geralmente só se efetuam medições de diferencial de pressão, com o intuito de se conhecer o estado de saturação dos filtros e determinar a necessidade de sua substituição.
Em muitos casos, as células de filtragem grossa, por seu baixo custo, são substituídas simplesmente a intervalos regulares, sem quaisquer medições. Porém, no caso dos dispositivos de filtragem HEPA e ULPA aplicados a áreas limpas, devido à elevadíssima eficiência esperada nos filtros (acima de 99,5%) os ensaios de vazamento dos conjuntos de filtragem já são determinados na própria normalização a respeito das salas limpas (NBR ISO 14644) e devem ser executados a cada substituição do conjunto.
O engenheiro explica ainda que em determinados casos, existem regulamentos governamentais e/ou guidelines de garantia de qualidade do usuário que exigem a execução de ensaios a intervalos regulares para comprovação da continuidade da conformidade. Nestes casos, espera-se que os gabinetes ou a rede de dutos que conterão os elementos filtrantes possuam:
- Portas de acesso a montante para instalação de geradores de aerossol de teste;
- Portas de acesso à jusante para escaneamento dos elementos filtrantes e de sua barreira e moldura;
- Ponto de tomada de concentração de aerossol de ensaio, para comprovação do desafio;
- Pontos para medição do diferencial de pressão causado pelo elemento filtrante;
- Pontos para passagens de mangueiras de ar comprimido (a montante) e cabos elétricos (a montante e jusante), com tampões e vedações para alimentar os geradores de aerossol e o instrumental de ensaio;
- Iluminação interna para permitir inspeções visuais mais acuradas;
- Em sistemas com pressão negativa, também são necessários tampas de acrílico removíveis dotadas de luvas vedadas tipo manga, formando visores tipo "glove boxes" para permitir a execução dos ensaios.
Devido às suas características construtivas e aos riscos inerentes ao operador ou ao executante dos ensaios, determinados dispositivos de filtragem HEPA não permitem o escaneamento completo dos filtros, molduras e vedações, sendo adotados ensaios de "penetração total", definidos nas respectivas normas de ensaios. Porém, sempre que for possível e seguro, é desejável que os ensaios de escaneamento sejam realizados, pois permitem a detecção e reparo (se permitido) de orifícios ou substituição das mídias, garantindo sua eficiência e reduzindo os riscos para o processo, os colaboradores e o meio ambiente.
Como funcionam
Após definição da equipe de engenharia, são estabelecidos os tipos de filtros, (grossos, médios, finos e absolutos) que serão utilizados para denominar a classificação de filtragem do ar baseado na quantidade de partículas/m³. E de acordo também com o tamanho desta partícula, o tipo de ventilador utilizado para vencer a barreira da perda de carga do sistema, a fim de estabelecer um número de troca de ar por hora no ambiente e caso possua um climatizador, que este ainda atenda a temperatura desejada dentro do ambiente no qual o ar esta sendo insuflado.
De acordo com Adriano, engenheiro do Grupo Veco, no sistema básico com três estágios, o ar passa primeiro pelo estágio de filtros grossos que é responsável pela filtragem das partículas maiores (aprox. maiores que 10 micra). Esse primeiro combate no controle da contaminação é formado normalmente por filtros mais baratos e de troca mais frequente. Na prática, o método utilizado para avaliar se o filtro grosso está na hora de ser substituído (nível de saturação) é visual, quanto mais escuro, mais sujidade retida, e portanto, mais saturado estará seu meio filtrante.
O segundo estágio de filtros é responsável pela filtragem das partículas finas (aprox. maiores que 1,0 mícron). Esse segundo combate aliado ao primeiro estágio, permitem que o ar chegue aos filtros HEPA num grau de limpeza ideal. O método utilizado para avaliar seu nível de saturação é através do diferencial de pressão (ΔP), em alguns ambientes controlados o segundo estágio com filtros finos são suficientes para atingir o grau de contaminação exigido pela atividade, não sendo necessária a instalação de filtros HEPA. Por fim, temos o terceiro e último estágio com filtros HEPA, esses filtros são responsáveis pela filtragem das partículas menores (aprox. maiores que 0,3 mícron) e são essenciais para classificação de salas limpas. Assim nos filtros finos, o método utilizado para avaliar seu nível de saturação também é feito através do diferencial de pressão (ΔP).
J. Fernando explica ainda que diferentemente do que geralmente se imagina no mercado, a filtragem do ar não consiste simplesmente na passagem do fluido por malhas progressivamente mais finas, que capturam as partículas como uma peneira, embora, para partículas grandes, isto realmente ocorra. Existem:
- Peneiramento: consiste na captura das partículas em suspensão maiores que os espaços entre as fibras. Este não é o método principal da filtragem, pois só consegue capturar as macropartículas.
- Impactação: afeta partículas de quaisquer tamanhos, embora não garanta boa eficiência para partículas ultrafinas que conseguem facilmente se desviar das fibras do elemento filtrante, carregadas pelo ar.
- Difusão ou movimento browniano: é o método principal da filtragem do ar para as partículas ultrafinas (micro e nanopartículas) e consiste na captura de partículas devido à aleatoriedade de seu movimento, o que acaba fazendo com que as partículas impactem e se fixem em uma das inúmeras camadas de fibras ultrafinas e aleatoriamente dispersas do filtro.
- Carga eletrostática: embora tenha a capacidade de aumentar significativamente a eficiência de determinadas mídias durante os momentos iniciais de sua instalação, este efeito tem curta duração, pois as cargas eletrostáticas desaparecem gradual e rapidamente, não podendo ser retidas durante toda a vida do elemento filtrante, portanto este efeito não deve ser considerado na maioria das aplicações.
Qualidade
O engenheiro da Linter Filtros conta que o sistema mais indicado para cada ambiente normalmente é pré-estabelecido por empresas especializadas em projetos e engenharia de ar condicionado, normas internacionais e agora algumas nacionais, como as ABNT NBR 16101:2012 e a EN1822:2009 que estabelece a classe de filtragem que cada tipo de filtro utilizado, a norma ISO 14644-1 que estabelece a máxima concentração de partículas/m³ para definir a classe ISO (variando de 1 a 9) onde quanto menor a classe, maior é a eficiência de filtragem do ar, e se baseiam muito em projetos já executados para produtos similares.
A norma NBR/ISO 14644-1, define as classes de limpeza em função de sua concentração de partículas em uma escala crescente variando de 1 a 8 (a classe 9 não será mais considerada), com uma casa decimal adicional, sendo a concentração de partículas definida em função de seu tamanho e cada inteiro representa uma concentração 10 vezes maior que a de seu antecessor numérico. Existem discussões a respeito da possibilidade de obtenção da classe 8 (aquela com a maior concentração de partículas prevista na tabela da norma) e suas decimais subsequentes, apenas com dispositivos de filtragem fina. Porém, como geralmente os dispositivos de filtragem fina não são ensaiados no campo, não há como se garantir a reprodutibilidade de conformidade da classe ao longo de toda a vida da instalação.
"A meu ver, se a garantia da qualidade requer a utilização de salas limpas classificadas, deve também requerer a implantação de dispositivos de filtragem que possam ser adequada e regularmente desafiados por meio de ensaios, para garantir a conformidade da classe, sob quaisquer circunstâncias, ao longo de toda a vida útil das instalações. Usualmente, adota-se a utilização de dispositivos de filtragem grossos e finos apenas no interior dos air handlers ou em gabinetes nos dutos de insuflação", enfatiza J. Fernando.
Quando utilizada filtragem HEPA J. Fernando recomenda que sempre que os ambientes forem classificados esta seja adotada. A instalada será no interior dos air handlers ou em gabinetes nos dutos de insuflação apenas nas classes 8 ou superiores, pois a própria rede de dutos ainda irá liberar partículas, as quais serão conduzidas até os ambientes e afetarão sua classificação.
Para as classes 7 ou inferiores, devido à seus limites de concentração de partículas serem relativamente baixos, adota-se a instalação de dispositivos de filtragem terminal, onde os conjuntos de filtragem são localizados diretamente nos forros dos ambientes, eliminando-se o risco de carrear contaminantes das redes de dutos para os ambientes (e vice-versa, em sistemas de biossegurança.
"Devido aos custos crescentes das classes de filtragem mais eficientes, além dos necessários ensaios das filtragens HEPA e ULPA, que lhes acrescentam ainda mais custos diretos (mídias e ensaios) e indiretos (maior tempo de parada de fábrica), a implantação e boa manutenção dos estágios de pré-filtragem (grossos e finos) irão afetar enormemente os custos totais de propriedade da instalação", completa o engenheiro.
Cuidados e manutenção
A instalação e troca regular dos dispositivos de pré-filtragem é preponderante na manutenção do sistema. No entanto, J. Fernando ressalta que os diferenciais de pressão final para troca recomendada pelos fabricantes são efetivos apenas e somente, se a vazão de ar que passa pelos filtros for mantida constante. A equação geral da resistência fluido dinâmica do sistema: (dP = k * Q^2) se baseia na vazão para determinação da pressão, deste modo, ao se atingir ~70% da vazão nominal do filtro, a perda de carga esperada seria ~50% (0,7^2 = 0,49) da esperada à vazão plena.
"Isso significa que não basta conhecer a perda de carga do filtro para se determinar sua troca. Considerando-se que, se não houver dispositivos automáticos para compensar a saturação dos filtros, a vazão do sistema irá gradualmente se reduzindo para compensar o aumento da resistência nos filtros, então, com 70% de sua vazão, um filtro que apresentasse seu diferencial de pressão recomendado para troca, já estaria na realidade com o dobro de sua saturação máxima e podendo já estar liberando parte do particulado retido para o estágio seguinte, onde os filtros são mais caros", completa o engenheiro da Adriferco.
Uma vez estabelecido um projeto, este tem que ser cumprido à risca, sem adaptações de terceiros que não possuem o devido conhecimento do que esta sendo feito, nenhum vendedor de qualquer periférico utilizado em um sistema de filtragem, tem autonomia para modificar o produto sem autorização prévia, o que não é raro de acontecer. "O tempo de manutenção vai variar muito em função das certificações pré-estabelecidas para o ambiente, origem do ar (onde se varia demais a qualidade do mesmo), equipamentos de aferição do ar, dos filtros, do ventilador, sistema de refrigeração, onde já vem pré estabelecido pelos seus fornecedores parâmetros técnicos mínimos e máximos de trabalho, enfatiza Eduardo, da Linter.
Contato das empresas:
Adriferco: www.adriferco.com.br
Grupo Veco: www.veco.com.br
Linter Filtros: www.linterfiltros.com.br
Os sistemas de filtragem para sala limpa e/ou ambientes controlados são conjuntos de equipamentos que vão desde a captação do ar (atmosférico ou enclausurado) até a liberação do mesmo (salas fechadas ou mesmo para a atmosfera) passando por ventiladores, caixas, dutos, filtros dos mais variados tipos, sistemas de refrigeração ou aquecimento de modo a proporcionar um ar mais limpo ao destino final. Tudo isso de acordo com a necessidade do cliente estabelecida em normas ou equipes de engenharia ou projetos de ar.
Nesses sistemas, principalmente o ar, que é uma mistura deles contendo sólidos dissolvidos em suspensão, de forma geral e não apenas aplicados a salas limpas, existe um conjunto de dispositivos que promovem uma redução na concentração do particulado em suspensão levado pelo ar. Como a classificação das salas limpas é feita especificamente com base na concentração de partículas totais (viáveis e não-viáveis) em suspensão no ar de cada ambiente, baseado em ensaios com medição controlada em um número de pontos pré-determinado ao longo dos ambientes, os conjuntos de filtragem são imprescindíveis às salas limpas.
Eduardo Sanches Zanizzelo, engenheiro da Linter Filtros explica que sem um sistema adequado, não é possível atender a expectativa do cliente e consequentemente prejudica todo um trabalho que pode ser feito pelo mesmo. Uma vez estabelecido um projeto, este tem que ser cumprido à risca, sem adaptações de terceiros sem o devido conhecimento do que está sendo feito, nenhum vendedor de qualquer periférico utilizado em um sistema de filtragem, tem autonomia para modificar o produto sem autorização prévia, o que não é raro de acontecer.
"Devido à qualidade de ar altíssima exigida em centros cirúrgicos, UTI’s, salas de fabricação, envase e encapsulamento de medicamentos e componentes químicos, os hospitais, empresas farmacêuticas e laboratórios são sempre o foco principal dos fornecedores desses sistemas de filtragem. Vale lembrar que sempre há necessidade em novos nichos de mercado, pois hoje as empresas se preocupam mais com o tipo de ar que esta sendo oferecido ao seu processo produtivo e seus funcionários, interferindo diretamente na qualidade do produto e do trabalho", ressalta Eduardo.
De acordo com J. Fernando B. Brito, engenheiro mecânico da Adriferco Engenharia e Consultoria para serem realmente eficientes e fornecerem o que foi contratado, um sistema de filtragem deve conter:
Elementos filtrantes: É um dos principais itens do conjunto de filtragem e variam, além de seus aspectos dimensionais, com relação à sua eficiência de filtragem, a qual define sua "classificação". No Brasil, adota-se a norma ABNT NBR 16101: 2012 (baseada na norma EN-779) para classificação dos filtros grossos e finos e a norma EN-1822 para classificação dos filtros HEPA e ULPA (anteriormente conhecidos com filtros absolutos de classe A3 conforme NBR 6401: 1980, extinta, porém o termo implica 100% de eficiência, o que, obviamente, jamais poderia ser alcançado).
Barreira não permeável aos gases separando os lados sujos (a montante) e limpos (a jusante) do conjunto de filtragem: Servem para impedir que o ar se desvie dos filtros (by pass), contornando-os sem ser filtrado.
Molduras para acomodação das células ou mantas filtrantes: São os quadros de fixação dos elementos filtrantes e servem, além de lhes oferecer sustentação, também servem para acomodar e ancorar os dispositivos de vedação e aperto. Devem possuir um bom requadramento e planicidade para acomodar corretamente os filtros, sem causar distorções aos elementos filtrantes.
Vedações e dispositivos de aperto: Em qualquer sistema de escoamento fluidodinâmico, o fluido sempre seguirá o caminho de menor resistência, então, para impedir que o fluido contorne os filtros (by pass) sem ser filtrado, é necessário que existam vedações entre as molduras de fixação e as contramolduras dos filtros, devendo ser planejadas em função de sua aplicação e da eficiência de filtragem do
conjunto.Recursos para medições e ensaios: Grandemente negligenciados, estes elementos são essenciais para a determinação do estado de saturação e, em alguns casos, para a detecção de vazamentos no conjunto de filtragem (elementos filtrantes, molduras, vedações e barreira), o que reduz a eficiência global do conjunto.
"Os sistemas de filtragem proporcionam o controle da contaminação de partículas e graus apropriados para realização de atividades sensíveis à contaminação. Um sistema de filtragem para sala limpa ou ambiente controlado é formado basicamente por três estágios de filtragem do ar, pré-filtros grossos, filtros finos e filtros absolutos (HEPA), sendo que para um ambiente controlado nem sempre é necessário o último estágio com filtro HEPA. Esses estágios citados são utilizados para filtragem de partículas sólidas. Em alguns casos mais específicos, ainda pode ser acrescentado outros estágios como, por exemplo, filtros de carvão ativado, utilizados para filtragem de gases e odores, e filtros com sílica para retirar a umidade do ar", completa Adriano Villarmosa, engenheiro de aplicação do Grupo Veco.
Tipos de sistemas
Para um sistema clássico utilizando máquina de ar condicionado central, são utilizados filtros grossos na admissão de ar externo da máquina, instala-se uma bateria com filtros grossos e finos em uma caixa de filtragem no ramal principal da rede de dutos, e por fim, no final de cada duto instalam-se difusores de ar com filtro terminal HEPA. "Os sistemas projetados pelo Grupo Veco, em sua maioria são utilizados filtros terminais HEPA. O conceito que vendemos torna-se mais caro, mas garante que qualquer contaminação existente na rede de dutos de insuflamento seja filtrada no final do percurso. São raros os casos em que utilizamos o recurso de instalar filtros HEPA direto na caixa de filtragem, fazemos dessa forma apenas quando existe alguma limitação estrutural ou caso seja explicitamente solicitado pelo cliente", explica Adriano.
Ainda considerando esse tipo de sistema, podem-se utilizar as caixas de filtragem do tipo Bag in Bag out substituindo a caixa de filtragem padrão. A diferença é que nas caixas de filtragem Bag in Bag out, os filtros nela instalados quando substituídos já saem embalados prontos para o descarte evitando que o técnico tenha qualquer contato com o contaminante impregnado nos filtros. Esse tipo de caixa de filtragem é normalmente utilizada pelas indústrias farmacêuticas. Nesse tipo de sistema existe uma máquina de ar condicionado central dimensionada para atender as especificações de temperatura, umidade e vazão de ar.
"Além da máquina, o sistema conta com sistema para regulagem da vazão de insuflamento através de dampers, registros, grelhas e inversores de frequência, essenciais para a realização do balanceamento do sistema de ar e diferencial de pressão entre os ambientes. Esse tipo de sistema é utilizado para áreas maiores, em sua maioria acima de 50 m²", complemente o engenheiro.
Para áreas menores utilizamos aparelhos mais simples, compactos, rápidos e de fácil instalação. Esses sistemas compactos são versáteis, eficazes e muito utilizados para adequação de ambientes com estrutura física existente, limitada e com poucas possibilidades de modificações estruturais. O Grupo Veco disponibiliza ao mercado as Unidades de Filtragem Refrigeradas (UFR), Unidades de Ventilação (UV), Difusores Motorizados (DM – Fan Filter Unit) e Unidades de Descontaminação (UD).
As UFRs são equipamentos de ar condicionado com capacidade de 12.000 ou 24.000 Btu/h, vazão de 830 e 1660 m³/h respectivamente, proporcionando pressão positiva com filtragem grossa e HEPA. As UFRs padrão são instaladas como se fosse um ar condicionado doméstico de janela, e ainda existe a possibilidade de fazê-lo com rede de dutos e filtros HEPA terminal. No caso das UVs, são equipamentos que captam 100% do ar de um ambiente e insufla ar filtrado com filtragem grossa e HEPA para o ambiente a ser tratado.
Os DMs são equipamentos que ficam normalmente instalados embutidos no forro da sala limpa ou controlada, dotados de filtragem grossa e HEPA, podendo fazer parte de um sistema de ar onde uma determinada máquina de ar condicionado não possui pressão estática suficiente para vencer os filtros HEPA terminais, ou ainda, podem ser usados num sistema próprio captando um ar já refrigerado dentro do próprio forro, formando um plenum, e insuflará o ar refrigerado e filtrado para a sala limpa ou controlada. Para essa segunda aplicação é considerada como parte do sistema uma rede de dutos para retorno do ar para o próprio forro e pontos para captação de ar externo para obtenção de pressão positiva no ambiente.As UDs são equipamentos que podem ficar dentro do ambiente recirculando o ar e melhorando o seu grau de limpeza, ou ainda, podem ficar instalados num ambiente externo captando o ar de outro ambiente e insuflando ar filtrado para a sala limpa ou controlada gerando pressão positiva no ambiente. Esses equipamentos normalmente são fornecidos com filtragem grossa combinado com carvão ativado e filtro HEPA.
Os filtros
Os filtros mais utilizados para esses sistemas são os filtros grossos, médios, finos e absolutos, produzidos com elementos filtrantes como: alumínio, celulose, poliéster, carvão ativado e fibra de vidro. De acordo com J. Fernando, no Brasil, para os filtros grossos, médios e finos, geralmente só se efetuam medições de diferencial de pressão, com o intuito de se conhecer o estado de saturação dos filtros e determinar a necessidade de sua substituição.
Em muitos casos, as células de filtragem grossa, por seu baixo custo, são substituídas simplesmente a intervalos regulares, sem quaisquer medições. Porém, no caso dos dispositivos de filtragem HEPA e ULPA aplicados a áreas limpas, devido à elevadíssima eficiência esperada nos filtros (acima de 99,5%) os ensaios de vazamento dos conjuntos de filtragem já são determinados na própria normalização a respeito das salas limpas (NBR ISO 14644) e devem ser executados a cada substituição do conjunto.
O engenheiro explica ainda que em determinados casos, existem regulamentos governamentais e/ou guidelines de garantia de qualidade do usuário que exigem a execução de ensaios a intervalos regulares para comprovação da continuidade da conformidade. Nestes casos, espera-se que os gabinetes ou a rede de dutos que conterão os elementos filtrantes possuam:
- Portas de acesso a montante para instalação de geradores de aerossol de teste;
- Portas de acesso à jusante para escaneamento dos elementos filtrantes e de sua barreira e moldura;
- Ponto de tomada de concentração de aerossol de ensaio, para comprovação do desafio;
- Pontos para medição do diferencial de pressão causado pelo elemento filtrante;
- Pontos para passagens de mangueiras de ar comprimido (a montante) e cabos elétricos (a montante e jusante), com tampões e vedações para alimentar os geradores de aerossol e o instrumental de ensaio;
- Iluminação interna para permitir inspeções visuais mais acuradas;
- Em sistemas com pressão negativa, também são necessários tampas de acrílico removíveis dotadas de luvas vedadas tipo manga, formando visores tipo "glove boxes" para permitir a execução dos ensaios.
Devido às suas características construtivas e aos riscos inerentes ao operador ou ao executante dos ensaios, determinados dispositivos de filtragem HEPA não permitem o escaneamento completo dos filtros, molduras e vedações, sendo adotados ensaios de "penetração total", definidos nas respectivas normas de ensaios. Porém, sempre que for possível e seguro, é desejável que os ensaios de escaneamento sejam realizados, pois permitem a detecção e reparo (se permitido) de orifícios ou substituição das mídias, garantindo sua eficiência e reduzindo os riscos para o processo, os colaboradores e o meio ambiente.
Como funcionam
Após definição da equipe de engenharia, são estabelecidos os tipos de filtros, (grossos, médios, finos e absolutos) que serão utilizados para denominar a classificação de filtragem do ar baseado na quantidade de partículas/m³. E de acordo também com o tamanho desta partícula, o tipo de ventilador utilizado para vencer a barreira da perda de carga do sistema, a fim de estabelecer um número de troca de ar por hora no ambiente e caso possua um climatizador, que este ainda atenda a temperatura desejada dentro do ambiente no qual o ar esta sendo insuflado.
De acordo com Adriano, engenheiro do Grupo Veco, no sistema básico com três estágios, o ar passa primeiro pelo estágio de filtros grossos que é responsável pela filtragem das partículas maiores (aprox. maiores que 10 micra). Esse primeiro combate no controle da contaminação é formado normalmente por filtros mais baratos e de troca mais frequente. Na prática, o método utilizado para avaliar se o filtro grosso está na hora de ser substituído (nível de saturação) é visual, quanto mais escuro, mais sujidade retida, e portanto, mais saturado estará seu meio filtrante.
O segundo estágio de filtros é responsável pela filtragem das partículas finas (aprox. maiores que 1,0 mícron). Esse segundo combate aliado ao primeiro estágio, permitem que o ar chegue aos filtros HEPA num grau de limpeza ideal. O método utilizado para avaliar seu nível de saturação é através do diferencial de pressão (ΔP), em alguns ambientes controlados o segundo estágio com filtros finos são suficientes para atingir o grau de contaminação exigido pela atividade, não sendo necessária a instalação de filtros HEPA. Por fim, temos o terceiro e último estágio com filtros HEPA, esses filtros são responsáveis pela filtragem das partículas menores (aprox. maiores que 0,3 mícron) e são essenciais para classificação de salas limpas. Assim nos filtros finos, o método utilizado para avaliar seu nível de saturação também é feito através do diferencial de pressão (ΔP).
J. Fernando explica ainda que diferentemente do que geralmente se imagina no mercado, a filtragem do ar não consiste simplesmente na passagem do fluido por malhas progressivamente mais finas, que capturam as partículas como uma peneira, embora, para partículas grandes, isto realmente ocorra. Existem:
- Peneiramento: consiste na captura das partículas em suspensão maiores que os espaços entre as fibras. Este não é o método principal da filtragem, pois só consegue capturar as macropartículas.
- Impactação: afeta partículas de quaisquer tamanhos, embora não garanta boa eficiência para partículas ultrafinas que conseguem facilmente se desviar das fibras do elemento filtrante, carregadas pelo ar.
- Difusão ou movimento browniano: é o método principal da filtragem do ar para as partículas ultrafinas (micro e nanopartículas) e consiste na captura de partículas devido à aleatoriedade de seu movimento, o que acaba fazendo com que as partículas impactem e se fixem em uma das inúmeras camadas de fibras ultrafinas e aleatoriamente dispersas do filtro.
- Carga eletrostática: embora tenha a capacidade de aumentar significativamente a eficiência de determinadas mídias durante os momentos iniciais de sua instalação, este efeito tem curta duração, pois as cargas eletrostáticas desaparecem gradual e rapidamente, não podendo ser retidas durante toda a vida do elemento filtrante, portanto este efeito não deve ser considerado na maioria das aplicações.
Qualidade
O engenheiro da Linter Filtros conta que o sistema mais indicado para cada ambiente normalmente é pré-estabelecido por empresas especializadas em projetos e engenharia de ar condicionado, normas internacionais e agora algumas nacionais, como as ABNT NBR 16101:2012 e a EN1822:2009 que estabelece a classe de filtragem que cada tipo de filtro utilizado, a norma ISO 14644-1 que estabelece a máxima concentração de partículas/m³ para definir a classe ISO (variando de 1 a 9) onde quanto menor a classe, maior é a eficiência de filtragem do ar, e se baseiam muito em projetos já executados para produtos similares.
A norma NBR/ISO 14644-1, define as classes de limpeza em função de sua concentração de partículas em uma escala crescente variando de 1 a 8 (a classe 9 não será mais considerada), com uma casa decimal adicional, sendo a concentração de partículas definida em função de seu tamanho e cada inteiro representa uma concentração 10 vezes maior que a de seu antecessor numérico. Existem discussões a respeito da possibilidade de obtenção da classe 8 (aquela com a maior concentração de partículas prevista na tabela da norma) e suas decimais subsequentes, apenas com dispositivos de filtragem fina. Porém, como geralmente os dispositivos de filtragem fina não são ensaiados no campo, não há como se garantir a reprodutibilidade de conformidade da classe ao longo de toda a vida da instalação.
"A meu ver, se a garantia da qualidade requer a utilização de salas limpas classificadas, deve também requerer a implantação de dispositivos de filtragem que possam ser adequada e regularmente desafiados por meio de ensaios, para garantir a conformidade da classe, sob quaisquer circunstâncias, ao longo de toda a vida útil das instalações. Usualmente, adota-se a utilização de dispositivos de filtragem grossos e finos apenas no interior dos air handlers ou em gabinetes nos dutos de insuflação", enfatiza J. Fernando.
Quando utilizada filtragem HEPA J. Fernando recomenda que sempre que os ambientes forem classificados esta seja adotada. A instalada será no interior dos air handlers ou em gabinetes nos dutos de insuflação apenas nas classes 8 ou superiores, pois a própria rede de dutos ainda irá liberar partículas, as quais serão conduzidas até os ambientes e afetarão sua classificação.
Para as classes 7 ou inferiores, devido à seus limites de concentração de partículas serem relativamente baixos, adota-se a instalação de dispositivos de filtragem terminal, onde os conjuntos de filtragem são localizados diretamente nos forros dos ambientes, eliminando-se o risco de carrear contaminantes das redes de dutos para os ambientes (e vice-versa, em sistemas de biossegurança.
"Devido aos custos crescentes das classes de filtragem mais eficientes, além dos necessários ensaios das filtragens HEPA e ULPA, que lhes acrescentam ainda mais custos diretos (mídias e ensaios) e indiretos (maior tempo de parada de fábrica), a implantação e boa manutenção dos estágios de pré-filtragem (grossos e finos) irão afetar enormemente os custos totais de propriedade da instalação", completa o engenheiro.
Cuidados e manutenção
A instalação e troca regular dos dispositivos de pré-filtragem é preponderante na manutenção do sistema. No entanto, J. Fernando ressalta que os diferenciais de pressão final para troca recomendada pelos fabricantes são efetivos apenas e somente, se a vazão de ar que passa pelos filtros for mantida constante. A equação geral da resistência fluido dinâmica do sistema: (dP = k * Q^2) se baseia na vazão para determinação da pressão, deste modo, ao se atingir ~70% da vazão nominal do filtro, a perda de carga esperada seria ~50% (0,7^2 = 0,49) da esperada à vazão plena.
"Isso significa que não basta conhecer a perda de carga do filtro para se determinar sua troca. Considerando-se que, se não houver dispositivos automáticos para compensar a saturação dos filtros, a vazão do sistema irá gradualmente se reduzindo para compensar o aumento da resistência nos filtros, então, com 70% de sua vazão, um filtro que apresentasse seu diferencial de pressão recomendado para troca, já estaria na realidade com o dobro de sua saturação máxima e podendo já estar liberando parte do particulado retido para o estágio seguinte, onde os filtros são mais caros", completa o engenheiro da Adriferco.
Uma vez estabelecido um projeto, este tem que ser cumprido à risca, sem adaptações de terceiros que não possuem o devido conhecimento do que esta sendo feito, nenhum vendedor de qualquer periférico utilizado em um sistema de filtragem, tem autonomia para modificar o produto sem autorização prévia, o que não é raro de acontecer. "O tempo de manutenção vai variar muito em função das certificações pré-estabelecidas para o ambiente, origem do ar (onde se varia demais a qualidade do mesmo), equipamentos de aferição do ar, dos filtros, do ventilador, sistema de refrigeração, onde já vem pré estabelecido pelos seus fornecedores parâmetros técnicos mínimos e máximos de trabalho, enfatiza Eduardo, da Linter.
Contato das empresas:
Adriferco: www.adriferco.com.br
Grupo Veco: www.veco.com.br
Linter Filtros: www.linterfiltros.com.br
