أكثر قاعدة إبهام استخداماً في تصميم الغرف النظيفة هي عدد تغييرات الهواء في الساعة. وهي مفيدة، لكنها ليست معيار قبول. فالمواصفة ISO 14644-1 تعرّف التصنيف بـتركيز الجسيمات المحمولة جواً في وحدة الحجم: ففي الفئة ISO 5 يبلغ تركيز الجسيمات ≥0.5 ميكرومتر 3520 على الأكثر في المتر المكعب، وفي الفئة 7 يبلغ 352,000، وفي الفئة 8 يبلغ 3,520,000 [1].
أي أن السؤال المطروح ليس كم مرة يتغير الهواء، بل هل يخرج الجسيم من الغرفة. فغرفتان تُغذَّيان بمعدل التدفق نفسه تقعان في فئتين مختلفتين تماماً إن اختلف توزيع الهواء فيهما.
معدل التدفق يقيس التخفيف لا التنظيف
معدل تغيير الهواء معدلُ تخفيفٍ متوسط. وفي غرفة واقعية لا يكون الجريان منتظماً:
- مناطق راكدة. خلف المعدات، وفي الزوايا، وتحت الطاولات. ومعدل التغيير الموضعي هناك دون المتوسط بكثير، فتتراكم الجسيمات.
- القِصر. يخرج الهواء من منفث التغذية ويذهب مباشرةً إلى شبكة العودة، من دون أن يمر بمنطقة العمل قط. فمعدل التدفق صحيح على الورق؛ والتنظيف يقارب الصفر.
- موضع المصدر. معظم الحمل الجسيمي يأتي عادةً من العاملين. فإن مرّ المسار بين المصدر والعودة بالمنطقة الحرجة، لم تصمد الفئة.
ولا شيء من ذلك مرئي إلا في حلّ الحقل. ولذلك فالغرفة النظيفة مسألة كلاسيكية يكون المطلوب فيها التوزيع لا المتوسط. انظروا ملاحظة متى يلزم CFD.
زمن التعافي: قابل للقياس وللنمذجة
أعمَل طريقة لاختبار التصميم هي سلوك تعافيه: تُحمَّل الغرفة حملاً جسيمياً مضبوطاً ويُرصد الزمن اللازم لهبوط التركيز إلى المستوى المستهدف. وهذه كمية يمكن قياسها في الموقع وحسابها مباشرةً بتحليل عابر — ما يجعلها نقطة مطابقة مريحة للمصادقة. انظروا ملاحظة التحقق والمصادقة.
قرارات النمذجة
تتبّع الجسيمات أو حلّ مقتفٍ. هناك طريقان: تتبّع الطور المنفصل (إن كان الترسيب مهماً)، أو معادلة نقل لكمية قياسية خاملة (تكفي للجسيمات الدقيقة وأرخص بكثير). والاختيار يتبع حجم الجسيمات؛ فدون بضعة ميكرومترات يصبح الترسيب الجاذبي مهملاً.
لا تنسوا الطفو الحراري. فأحمال العاملين والإنارة والمعدات قد تحدد نمط الجريان في غرفة منخفضة السرعة. ولأن السرعات منخفضة، فهذه كثيراً ما تكون مسألة حمل طبيعي.
تدرّج الضغط. الفرق بين الفراغات المتجاورة وسيناريوهات فتح الأبواب تحدد اتجاه التسرّب. وفتح الباب بالتعريف مسألة عابرة ذات حدود متحركة.
المراجع
- ISO 14644-1:2015. Cleanrooms and associated controlled environments — Part 1: Classification of air cleanliness by particle concentration. International Organization for Standardization, Geneva.
- Morsi, S. A. & Alexander, A. J. (1972). An investigation of particle trajectories in two-phase flow systems. Journal of Fluid Mechanics, 55(2), 193–208. DOI: 10.1017/S0022112072001806