Las salas limpias son entornos altamente controlados que utilizan principios científicos de física, química, biología y matemáticas para minimizar la contaminación y garantizar la calidad del aire. Desde la filtración de partículas hasta la desinfección por luz ultravioleta, cada proceso en una sala limpia se basa en fundamentos científicos sólidos.
En este artículo, exploramos sólo algunos de los principios clave que permiten el correcto funcionamiento de estas instalaciones, explicando su base científica y cómo se aplican en la práctica.
1. Filtración de Aire y el Movimiento Browniano
Principio
El movimiento browniano es el comportamiento aleatorio de partículas microscópicas suspendidas en un fluido. Este fenómeno es crucial para entender cómo los filtros HEPA capturan partículas ultrafinas.
Base Científica
El movimiento browniano fue observado por Robert Brown en 1827 y explicado por Albert Einstein en 1905. Ocurre cuando partículas pequeñas son golpeadas constantemente por moléculas en movimiento, lo que provoca que sigan trayectorias erráticas.
Aplicación en salas limpias
Los filtros HEPA (High-Efficiency Particulate Air) utilizan este principio para atrapar partículas menores de 0,3 micrómetros. Debido a su movimiento errático, estas partículas terminan chocando con las fibras del filtro y quedan atrapadas, asegurando un aire limpio en salas de alta exigencia, como la producción de medicamentos estériles.
2. Flujo Laminar: La Elegancia de la Unidireccionalidad
Principio
El flujo laminar se refiere a un patrón de movimiento del aire en el que este fluye en capas paralelas sin mezclarse ni generar turbulencias.
Base Científica
Este concepto fue descrito por Osborne Reynolds en el siglo XIX y se basa en la diferencia entre flujo laminar y flujo turbulento. En un flujo laminar, el aire se mueve de manera ordenada, mientras que en un flujo turbulento se producen remolinos y mezcla de partículas.
Aplicación en salas limpias
En entornos ISO 5, como las áreas de llenado estéril, se emplean difusores HEPA que generan un flujo laminar con velocidades de aproximadamente 0,45 m/s. Este tipo de flujo permite que las partículas sean arrastradas fuera del área de trabajo sin recircular, lo que es fundamental para garantizar la esterilidad.
3. Diferenciales de Presión: Controlando la Dirección del Aire
Principio
Las salas limpias suelen utilizar diferenciales de presión para generar corrientes de aire que eviten la llegada de contaminantes a determinadas áreas críticas.
Base Científica
Este principio se basa en la ecuación de Bernoulli, que explica cómo los cambios en la presión del aire pueden inducir movimiento. En una sala limpia, la presión se mantiene más alta en las áreas más críticas, forzando el aire a salir hacia zonas menos limpias en lugar de entrar.
Aplicación en salas limpias
Por ejemplo, en un entorno ISO 7 adyacente a un ISO 8, la presión del aire en la sala más limpia se mantiene aproximadamente 10-15 Pascales más alta para asegurar que el aire fluya en la dirección correcta, protegiendo los productos sensibles de la contaminación exterior.
4. Efecto Triboeléctrico: Cuando la Fricción Carga el Ambiente
Principio
Al caminar, movernos o manipular ciertos materiales, se genera fricción. Esta fricción provoca un intercambio de electrones, dando lugar a cargas electrostáticas en las superficies.
Base Científica
Este fenómeno, conocido como efecto triboeléctrico, fue observado ya por Tales de Mileto hacia el año 600 a.C. Las cargas generadas pueden atraer partículas en suspensión o, incluso, descargarse sobre equipos sensibles, comprometiendo la integridad de productos delicados.
Aplicación en salas limpias
En entornos como la microelectrónica, donde la descarga electrostática supone un riesgo crítico, se utilizan suelas conductoras, materiales antiestáticos e ionizadores para neutralizar las cargas generadas por fricción. Así, se mantiene un entorno seguro frente a un enemigo invisible, pero muy real.
5. Biocontaminación y Métodos de Biodescontaminación
Principio
Las bacterias, hongos y virus pueden adherirse a partículas en el aire y propagarse en entornos cerrados. La eliminación eficaz de microorganismos es fundamental en salas limpias.
Base Científica
Los microorganismos en el aire tienen tamaños que van desde 0,2 a 10 micrómetros, lo que los hace susceptibles a los mismos principios que gobiernan la filtración de partículas pero, además, pueden ser eliminados mediante procesos de oxidación química o exposición a radiación UV.
Aplicación en salas limpias
Luz Ultravioleta (UV-C)
- La radiación UV-C (longitud de onda de 254 nm) destruye el ADN de los microorganismos, impidiendo su replicación.
- Es utilizada en sistemas de aire acondicionado, desinfección de superficies críticas y equipos de contención y protección como SAS pasamateriales.
Peróxido de Hidrógeno Vaporizado (VH₂O₂)
- Es un biocida químico que oxida membranas celulares y material genético de microorganismos.
- Se utiliza en equipos como Aisladores y RABS así como en descontaminaciones terminales de salas limpias mediante ciclos de nebulización que logran una reducción de hasta 6-log, eliminando el 99,9999% de bacterias y virus.
Estos métodos complementan la filtración HEPA para garantizar ambientes libres de contaminación biológica.
6. Algoritmos y Control Adaptativo: Inteligencia en la Regulación del Aire
Principio
Los algoritmos matemáticos permiten optimizar la tasa de renovación de aire, ajustando los flujos en función de la demanda en tiempo real para mejorar la eficiencia energética sin comprometer la calidad del aire.
Base Científica
Los sistemas de control adaptativo utilizan modelos matemáticos para monitorear variables como concentración de partículas, presión y humedad, y ajustar el sistema HVAC según sea necesario.
Aplicación en salas limpias
Los sistemas avanzados emplean controladores y algoritmos para modificar la velocidad de los ventiladores y la tasa de renovación en función de la carga de partículas en el ambiente. Reduciendo el consumo energético al disminuir la ventilación cuando la sala no está en uso, sin comprometer la limpieza cuando se requiere una mayor renovación del aire.
Las salas limpias son una demostración de cómo los principios de la física, química, biología y matemáticas pueden aplicarse de manera integrada para crear entornos controlados y altamente eficientes.
Desde la captura de partículas por movimiento browniano, hasta la regulación de presión mediante la ecuación de Bernoulli, o el uso de UV-C y VH₂O₂ para eliminar microorganismos, cada aspecto de su funcionamiento está respaldado por décadas de avances científicos.
