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Esquema de Controle de Pressão para Sala Grande de Equipamentos de Exaustão de Sala Limpa

2024-04-24

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No processo de fabricação moderna e pesquisa científica, a oficina de sala limpa é uma instalação comum utilizada para garantir a limpeza do ambiente de produção e experimental, especialmente em processos e experimentos que exigem alta pureza e baixos níveis de contaminação. O sistema HVAC é essencial para assegurar a estabilidade e confiabilidade dos principais parâmetros ambientais, como temperatura, umidade e pressão diferencial, nas salas limpas de fábricas farmacêuticas, sendo o controle de pressão um elo fundamental desse sistema. Este artigo discute e analisa o controle de pressão na sala onde estão localizados diversos equipamentos de exaustão de grande porte, que representa um objeto crítico e complexo de controle no setor, combinando diferentes esquemas de gestão da pressão interna da sala.

No processo de fabricação moderna e pesquisa científica, a oficina de sala limpa é uma instalação comum utilizada para garantir a limpeza do ambiente de produção e experimental, especialmente em processos e experimentos que exigem alta pureza e baixa contaminação. O sistema HVAC é essencial para assegurar a estabilidade e confiabilidade de parâmetros ambientais-chave, como temperatura, umidade e pressão diferencial, nas salas limpas de fábricas farmacêuticas, sendo o controle de pressão um elo fundamental desse sistema. Este artigo discute e analisa o controle de pressão na sala onde estão localizados diversos equipamentos de exaustão de grande porte, considerado um objeto crítico e complexo de controle dentro da indústria, combinando diferentes esquemas de gestão da pressão nesse ambiente.

Princípio de controle da pressão do ambiente e esquema de controle principal

1.1 Princípio de Construção da Pressão do Ambiente

O ar limpo, tratado por meio de regulação de temperatura e umidade, filtragem e outros processos, é enviado para a sala controlada. A proporção entre o volume de ar fornecido, retornado e exausto na sala é ajustada, e o volume de ar vazar é controlado, permitindo assim estabelecer um volume residual capaz de manter uma pressão estável na sala, ou seja, garantir uma pressão ambiente estável. Assim, imediatamente se forma uma diferença de pressão ou gradiente de pressão entre a sala controlada em questão e suas salas adjacentes.

Portanto, o volume residual de ar é um fator-chave para estabelecer a pressão do ambiente. Quando o volume residual de ar no ambiente é positivo após a subtração do volume de ar fornecido pelo volume de ar retornado e exaurido, juntamente com o volume de ar vazar, o ambiente é uma sala de pressão positiva; caso seja negativo, o ambiente é uma sala de pressão negativa.

1.2 Resumo do Esquema de Controle da Pressão da Sala

1.2.1 Esquema tradicional de ajuste manual da válvula

Realizar a comissão de balanceamento de ar do sistema de climatização da sala limpa. Quando cada ambiente possuir volume residual de ar suficiente, poderá ajustar diretamente as válvulas manuais de fornecimento, retorno e exaustão dos ambientes relevantes; após o ajuste do balanceamento de ar do sistema completo de climatização, será estabelecido o gradiente de pressão nos ambientes pertinentes.

Este esquema apresenta as vantagens de controle simples e baixo custo, mas também possui desvantagens evidentes. Se o filtro ficar obstruído na fase posterior, o equilíbrio facilmente se rompe, exigindo ajustes manuais frequentes e demonstrando fraca capacidade de antinterferência. Ele é mais utilizado em ambientes produtivos com custos reduzidos, onde os níveis de limpeza não são elevados, sendo menos comum em projetos biofarmacêuticos, que possuem custos mais altos.

1.2.2 Entrega personalizada, solução programada e adaptativa CAV+CAV

Este esquema consiste em instalar uma válvula mecânica de volume de ar constante, denominada caixa CAV, nas tubulações de fornecimento, retorno e exaustão do salão limpo. Independentemente de o filtro do sistema estar obstruído ou não, ou mesmo diante de variações na resistência, essa válvula garante, sempre com base no seu princípio independente da pressão, que o volume de ar fornecido, retornado ou exaurido permaneça relativamente constante, assegurando assim que o volume residual de ar no ambiente atenda aos requisitos exigidos.
O esquema apresenta as vantagens de controle simples, custo relativamente baixo, forte capacidade anti-interferência, estabilidade e confiabilidade, sendo amplamente utilizado em diversas salas limpas da indústria farmacêutica; no entanto, não é adequado para ambientes equipados com grandes dispositivos de exaustão.

1.2.3 Solução de Controle Automático Programado Biestável Mais Entrega Fixa CAV + Caixa e-CAV

O esquema consiste em instalar uma caixa CAV na tubulação de fornecimento de ar do salão limpo e uma válvula bistável elétrica de volume constante de ar, denominada caixa e-CAV, na tubulação de retorno ou exaustão do ar.
, que é adequado para salas com equipamentos de exaustão de grande porte. Aumenta o custo do atuador elétrico e dos respectivos controles, sendo, portanto, um esquema com custo relativamente baixo em termos de controle automático.

Solução de Controle Automático de Descarga Variável e Controle de Bias de Pressão CAV + VAV

O esquema consiste em instalar uma caixa CAV no tubo de fornecimento de ar do salão limpo, bem como uma válvula de volume de ar variável, denominada caixa VAV, no tubo de retorno ou exaustão do ar.

Este é um esquema de controle de pressão em sala em cascata, que pode rastrear automaticamente e controlar principalmente o volume residual de ar na sala, além de realizar um controle auxiliar e preciso da pressão. O volume de exaustão de ar pode ser monitorado. Quando o volume total de exaustão de ar na sala varia, o sistema de controle automático calcula, em tempo real, o valor ajustado atual da válvula de fluxo variável do ar de retorno ou exaustão com base no volume residual de ar, garantindo assim a estabilidade da pressão na sala, sendo este o principal elo de controle. Ao mesmo tempo, ao monitorar a variação da pressão na sala, o sistema realiza uma operação PID entre o valor atual e o valor definido para a pressão da sala; ou seja, o valor de saída do PID é multiplicado por um determinado fator de influência (10%, 20%, etc., definido durante a comissionamento no campo) e somado ao valor ajustado atual da válvula de fluxo variável no elo principal de controle. Esse valor ajustado será utilizado para um ajuste fino secundário, permitindo um controle mais preciso da pressão [1]. Caso o volume de exaustão de ar dos equipamentos não possa ser monitorado, a operação PID pode ser realizada diretamente com base nos valores atual e definido da pressão da sala, controlando diretamente a válvula de fluxo variável por meio da saída do PID, mantendo assim a pressão desejada na sala.

O esquema integra as vantagens da estabilidade do controle automático de rastreamento do volume residual de ar e da precisão do controle direto da pressão que participa do compensação. Portanto, este esquema é adequado para ambientes com altos requisitos de controle de pressão. Contudo, esta solução apresenta um custo relativamente elevado, devido ao uso de uma caixa VAV tipo de rápida resposta; no entanto, o efeito de instantaneidade do controle é superior.