La regola pratica più usata nella progettazione delle camere bianche è il numero di ricambi d'aria orari. È utile, ma non è un criterio di accettazione. La ISO 14644-1 definisce la classificazione in base alla concentrazione di particelle aerodisperse per unità di volume: per la Classe ISO 5 la concentrazione di particelle ≥0,5 µm è al massimo 3.520 per m³, per la Classe 7 è 352.000 e per la Classe 8 è 3.520.000 [1].
La domanda posta, in altri termini, non è quante volte l'aria si rinnova ma se la particella esce dal locale. Due locali alimentati con la stessa portata ricadranno in classi assai diverse se la loro distribuzione d'aria differisce.
La portata misura la diluizione, non la pulizia
Il numero di ricambi è un tasso di diluizione medio. In un locale reale il flusso non è uniforme:
- Zone morte. Dietro le apparecchiature, negli angoli, sotto i banchi. Lì il tasso di ricambio locale è assai sotto la media e le particelle si accumulano.
- Cortocircuito. L'aria esce dal diffusore di mandata e va dritta alla griglia di ripresa, senza mai attraversare la zona di lavoro. Sulla carta la portata è giusta; la pulizia è prossima a zero.
- Posizione della sorgente. La maggior parte del carico particellare viene di solito dal personale. Se il percorso fra sorgente e ripresa attraversa la zona critica, la classe non tiene.
Nulla di ciò è visibile se non in una soluzione di campo. Una camera bianca è quindi un problema classico in cui ciò che si chiede è la distribuzione, non la media. Si veda la nota su quando serve la CFD.
Tempo di recupero: misurabile e modellabile
Il modo più pratico di provare un progetto è il suo comportamento di recupero: si immette nel locale un carico particellare controllato e si osserva il tempo necessario perché la concentrazione scenda al livello obiettivo. È una grandezza che si può sia misurare in campo sia calcolare direttamente con un'analisi in transitorio — il che la rende un comodo punto di confronto per la validazione. Si veda la nota su verifica e validazione.
Decisioni di modellazione
Tracciare particelle o risolvere un tracciante. Ci sono due vie: tracciamento della fase discreta (se conta la sedimentazione) o un'equazione di trasporto di uno scalare passivo (sufficiente per particelle fini e assai più economica). La scelta segue la dimensione delle particelle; sotto pochi micron la sedimentazione gravitazionale diventa trascurabile.
Non dimenticate il galleggiamento termico. I carichi di personale, illuminazione e apparecchiature possono fissare lo schema di moto in un locale a bassa velocità. Poiché le velocità sono basse, questo è spesso un problema di convezione naturale.
Cascata di pressione. Il differenziale fra spazi adiacenti e gli scenari di apertura porta determinano la direzione del trafilamento. L'apertura di una porta è per definizione un problema transitorio a contorni mobili.
Riferimenti
- 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