1. Análise das características de salas limpas altas
(1) As salas limpas altas têm características inerentes. Em geral, são utilizadas principalmente no processo de pós-produção e, normalmente, para a montagem de equipamentos de grande porte. Não exigem altos níveis de limpeza e o controle preciso de temperatura e umidade não é tão preciso. Os equipamentos não geram muito calor durante o processo de produção e há relativamente poucas pessoas presentes.
(2). Salas limpas altas geralmente têm grandes estruturas de armação e frequentemente usam materiais leves. A placa superior geralmente não é fácil de suportar uma grande carga.
(3) Geração e distribuição de partículas de poeira. Em salas limpas altas, a principal fonte de poluição difere daquela em salas limpas comuns. Além da poeira gerada por pessoas e equipamentos esportivos, a poeira superficial representa uma grande proporção. De acordo com dados da literatura, a geração de poeira quando uma pessoa está parada é de 10⁵ partículas/(min·pessoa), e a geração de poeira quando uma pessoa está em movimento é calculada como 5 vezes maior do que quando a pessoa está parada. Para salas limpas de altura padrão, a geração de poeira superficial é calculada considerando a geração de poeira em uma área de 8 m² do solo, equivalente à geração de poeira de uma pessoa em repouso. Em salas limpas altas, a carga de purificação é maior na área de atividade do pessoal na parte inferior e menor na parte superior. Ao mesmo tempo, devido às características do projeto, é necessário considerar um fator de segurança apropriado e levar em conta a poluição por poeira imprevista. A geração de poeira superficial deste projeto é baseada na geração de poeira em uma área de 6 m² do solo, equivalente à geração de poeira de uma pessoa em repouso. Este projeto foi calculado com base em 20 pessoas trabalhando por turno, e a geração de poeira pelos funcionários representa apenas 20% da geração total de poeira, enquanto que em uma sala limpa comum, a geração de poeira pelos funcionários representa cerca de 90% da geração total de poeira.
2. Decoração de salas limpas em oficinas altas
A decoração de salas limpas geralmente inclui pisos, painéis de parede, tetos e sistemas de ar condicionado, iluminação, proteção contra incêndio, abastecimento de água e drenagem, entre outros itens relacionados. De acordo com as exigências, o revestimento e o acabamento interno da sala limpa devem utilizar materiais com boa estanqueidade ao ar e baixa deformação em função das variações de temperatura e umidade. O revestimento de paredes e tetos em salas limpas deve atender aos seguintes requisitos:
(1). As superfícies das paredes e tetos em salas limpas devem ser planas, lisas, sem poeira, sem brilho, fáceis de remover poeira e ter menos superfícies irregulares.
(2) Salas limpas não devem utilizar paredes de alvenaria ou rebocadas. Quando for necessário utilizá-las, o trabalho deve ser feito a seco e devem ser aplicados rebocos de alta qualidade. Após o reboco, a superfície deve ser pintada com tinta retardante de chamas, sem fissuras, lavável, lisa e que não absorva água, deteriore ou mofe facilmente. Em geral, a decoração de salas limpas utiliza principalmente painéis metálicos com pintura eletrostática a pó como materiais de revestimento. No entanto, em fábricas de grande porte, devido à altura do pé-direito, a instalação de divisórias de painéis metálicos é mais difícil, apresentando baixa resistência, alto custo e incapacidade de suportar peso. Este projeto analisou as características de geração de poeira em salas limpas de grandes fábricas e os requisitos de limpeza do ambiente. Métodos convencionais de decoração de interiores com painéis metálicos não foram adotados. Revestimento epóxi foi aplicado nas paredes originais de engenharia civil. Não foi instalado forro em todo o espaço para aumentar a área útil.
3. Organização do fluxo de ar em salas limpas altas
De acordo com a literatura, para salas limpas altas, o uso de sistemas de ar condicionado específicos para salas limpas pode reduzir significativamente o volume total de ar fornecido pelo sistema. Com a redução do volume de ar, torna-se crucial adotar uma organização racional do fluxo de ar para obter um melhor efeito de climatização. É necessário garantir a uniformidade do sistema de ar de insuflação e retorno, reduzir os vórtices e turbulências na área de trabalho limpa e aprimorar as características de difusão do ar de insuflação para maximizar o efeito de diluição. Em salas limpas altas com requisitos de limpeza classe 10.000 ou 100.000, pode-se citar o conceito de projeto para climatização de espaços amplos e altos, como o uso de bicos em grandes espaços, como aeroportos e pavilhões de exposições. Utilizando bicos e insuflação lateral, o fluxo de ar pode ser difundido por longas distâncias. A insuflação por bicos é uma forma de fornecer ar utilizando jatos de alta velocidade expelidos pelos bicos. É utilizado principalmente em sistemas de ar condicionado em salas limpas de pé-direito alto ou em edifícios públicos com pé-direito elevado. O bocal adota um sistema de insuflação lateral, com o bocal e a saída de retorno de ar posicionados no mesmo lado. O ar é ejetado de forma concentrada por diversos bocais instalados no ambiente, em alta velocidade e com maior volume. Após percorrer uma certa distância, o jato retorna, abrangendo toda a área climatizada, e então é extraído de volta para a unidade de ar condicionado pela saída de retorno localizada na parte inferior. Suas características incluem alta velocidade de insuflação e longo alcance. O jato promove uma forte mistura do ar interno, a velocidade diminui gradualmente e um grande fluxo de ar turbulento é formado no interior, resultando em um campo de temperatura e velocidade mais uniforme na área climatizada.
4. Exemplo de projeto de engenharia
Uma oficina alta e limpa (40 m de comprimento, 30 m de largura e 12 m de altura) requer uma área de trabalho limpa abaixo de 5 m, com um nível de purificação estática de 10.000 e dinâmica de 100.000, temperatura tn = 22℃±3℃ e umidade relativa fn = 30%~60%.
(1) Determinação da organização do fluxo de ar e da frequência de ventilação
Considerando as características de uso desta sala limpa alta, com mais de 30 m de largura e sem teto, o método convencional de fornecimento de ar para salas limpas não atende aos requisitos de uso. O método de fornecimento de ar em camadas com bicos foi adotado para garantir a temperatura, a umidade e a limpeza da área de trabalho limpa (abaixo de 5 m). Os dispositivos de fornecimento de ar por bicos são dispostos uniformemente na parede lateral, e os dispositivos de retorno de ar com camada de amortecimento são dispostos uniformemente a uma altura de 0,25 m do solo na parte inferior da parede lateral da sala limpa, formando um fluxo de ar no qual o ar retorna da área de trabalho pelos bicos e também pela lateral concentrada. Ao mesmo tempo, para evitar que o ar na área de trabalho não limpa acima de 5 m forme uma zona morta em termos de limpeza, temperatura e umidade, reduzir o impacto da radiação fria e quente do teto externo na área de trabalho e expelir em tempo hábil as partículas de poeira geradas pelo guindaste superior durante a operação, e aproveitar ao máximo o ar limpo difundido a mais de 5 m, uma fileira de pequenas saídas de ar de retorno em forma de tira é disposta na área de ar condicionado não limpa, formando um pequeno sistema de recirculação de ar, o que pode reduzir significativamente a poluição da área não limpa superior para a área de trabalho limpa inferior.
De acordo com o nível de limpeza e a emissão de poluentes, este projeto adota uma frequência de ventilação de 16 h⁻¹ para a área climatizada com ar limpo abaixo de 6 m e adota um sistema de exaustão adequado para a área superior não climatizada, com uma frequência de ventilação inferior a 4 h⁻¹. Na realidade, a frequência média de ventilação de toda a instalação é de 10 h⁻¹. Dessa forma, em comparação com a climatização de todo o ambiente com ar limpo, o método de fornecimento de ar com bicos em camadas para climatização com ar limpo não só garante melhor a frequência de ventilação da área climatizada com ar limpo e atende à organização do fluxo de ar da instalação de grande porte, como também economiza significativamente volume de ar, capacidade de refrigeração e potência dos ventiladores do sistema.
(2). Cálculo do fornecimento de ar do bocal lateral
diferença de temperatura do ar de suprimento
A frequência de ventilação necessária para o ar condicionado de salas limpas é muito maior do que a de sistemas de ar condicionado convencionais. Portanto, aproveitar ao máximo o grande volume de ar disponível em salas limpas e reduzir a diferença de temperatura do ar de insuflação não só economiza capacidade do equipamento e custos operacionais, como também contribui para garantir a precisão do ar condicionado na área climatizada. A diferença de temperatura do ar de insuflação calculada neste projeto é ts = 6 °C.
A sala limpa possui uma extensão relativamente grande, com 30 m de largura. É necessário garantir os requisitos de sobreposição na área central e assegurar que a área de trabalho do processo esteja na área de retorno de ar. Ao mesmo tempo, os requisitos de ruído devem ser considerados. A velocidade de suprimento de ar deste projeto é de 5 m/s, a altura de instalação do bocal é de 6 m e o fluxo de ar é emitido do bocal na direção horizontal. Este projeto calculou a vazão de ar de suprimento do bocal. O diâmetro do bocal é de 0,36 m. De acordo com a literatura, o número de Arquimedes calculado é de 0,0035. A velocidade de suprimento de ar do bocal é de 4,8 m/s, a velocidade axial na extremidade é de 0,8 m/s, a velocidade média é de 0,4 m/s e a velocidade média do fluxo de retorno é inferior a 0,4 m/s, o que atende aos requisitos de uso do processo.
Como o volume de ar do fluxo de ar de suprimento é grande e a diferença de temperatura do ar de suprimento é pequena, ele se comporta quase como um jato isotérmico, facilitando a garantia do comprimento do jato. De acordo com o número de Arquimedes, o alcance relativo x/ds = 37 m pode ser calculado, o que atende à exigência de sobreposição de 15 m do fluxo de ar de suprimento no lado oposto.
(3). Tratamento de condicionamento de ar condicionado
Considerando as características de grande volume de ar de suprimento e pequena diferença de temperatura do ar de suprimento em projetos de salas limpas, aproveita-se ao máximo o ar de retorno, eliminando-se o ar de retorno primário no método de tratamento de ar condicionado no verão. Adota-se a proporção máxima de ar de retorno secundário, e o ar fresco é tratado apenas uma vez e, em seguida, misturado com uma grande quantidade de ar de retorno secundário, eliminando assim o reaquecimento e reduzindo a capacidade e o consumo de energia operacional do equipamento.
(4). Resultados de medições de engenharia
Após a conclusão deste projeto, foi realizado um teste de engenharia abrangente. Um total de 20 pontos de medição horizontais e verticais foram instalados em toda a planta. O campo de velocidade, o campo de temperatura, a limpeza, o ruído, etc., da planta de tratamento de efluentes foram testados em condições estáticas, e os resultados das medições foram relativamente bons. Os resultados das medições sob as condições de operação projetadas são os seguintes:
A velocidade média do fluxo de ar na saída de ar é de 3,0 a 4,3 m/s, e a velocidade na junção dos dois fluxos de ar opostos é de 0,3 a 0,45 m/s. A frequência de ventilação da área de trabalho limpa é garantida em 15 vezes por hora, e sua limpeza é medida como estando dentro da classe 10.000, o que atende plenamente aos requisitos do projeto.
O nível de ruído A em ambientes internos é de 56 dB na saída de retorno de ar, e em todas as outras áreas de trabalho os níveis estão abaixo de 54 dB.
5. Conclusão
(1). Para salas limpas altas com requisitos não muito elevados, a decoração simplificada pode ser adotada para atender aos requisitos de uso e aos requisitos de limpeza.
(2). Para salas limpas altas que exigem apenas que o nível de limpeza da área abaixo de uma determinada altura seja da classe 10.000 ou 100.000, o método de fornecimento de ar de bicos de ar condicionado de camada limpa é um método relativamente econômico, prático e eficaz.
(3). Para este tipo de salas limpas altas, uma fileira de saídas de ar de retorno em tiras é instalada na área de trabalho superior não limpa para remover a poeira gerada perto dos trilhos do guindaste e reduzir o impacto da radiação fria e quente do teto na área de trabalho, o que pode garantir melhor a limpeza e a temperatura e umidade da área de trabalho.
(4) A altura de uma sala limpa alta é mais de quatro vezes superior à de uma sala limpa comum. Em condições normais de produção de poeira, a carga de purificação por unidade de espaço é muito menor do que a de uma sala limpa baixa comum. Portanto, sob essa perspectiva, a frequência de ventilação pode ser determinada como inferior à frequência de ventilação recomendada pela norma nacional GB 73-84 para salas limpas. Pesquisas e análises mostram que, para salas limpas altas, a frequência de ventilação varia devido às diferentes alturas da área limpa. Geralmente, entre 30% e 80% da frequência de ventilação recomendada pela norma nacional atende aos requisitos de purificação.
Data da publicação: 18 de fevereiro de 2025