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Procedimentos de teste de acordo com a ISO 14644: Vantagens de um contador de partículas óptico em relação a um fotômetro
Resumo
Deve-se utilizar Contadores ópticos de partículas ou fotômetros de aerossóis para a realização de testes de vazamento de filtros instalados?
Nesta pagina abordamos essa questão. Explicamos por que estamos muito convencidos do uso de um contador óptico de partículas (às vezes também representado como CPD = contador de particulas discretas) para os procedimentos de teste conforme a ISO 14644 e quais são os benefícios que isso traz.
Introdução
A validação periódica de ambientes de salas limpas nas indústrias aeroespacial, de semicondutores, microeletrônica, farmacêutica, médica, de saúde, alimentícia e em um número crescente de outras indústrias é regulamentada internacionalmente com a norma ISO 14644. Desde que essa norma internacional harmonizou vários padrões mundiais, os interesses federais foram considerados.
Uma questão importante está relacionada à aplicação opcional de contadores ópticos de partículas ou fotômetros de aerossóis para a realização de testes de vazamento de filtros instalados.
BOM A SABER
É importante mencionar que até mesmo a norma ISO 14644-3 afirma que os resultados dos testes obtidos com esses dois métodos não são diretamente comparáveis. Com base no antigo padrão dos EUA FED-STD-209E, os fotômetros são tipicamente a primeira escolha nas regiões dos EUA e do Reino Unido e provavelmente também no Brasil.
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Devido às regulamentações da norma alemã VDI 2083, os contadores ópticos de partículas são preferidos na Alemanha, Asia e na maioria dos países europeus. Até agora, nenhum acordo internacional foi estabelecido para definir apenas um dos dois métodos de medição como referência. Embora o FED-STD-209E dos EUA tenha sido cancelado em 2001, a norma federal VDI 2083 ainda está ativa devido a essa disputa.
Procedimentos de teste de validação de acordo com a ISO 14644
A tabela a seguir mostra os testes de sala limpa como exigido e opcional pela ISO 14644, com foco no método de medição a ser utilizado, especialmente para a classificação do ambiente, teste de vazamento de filtro e teste de recuperação. Como o uso de um contador óptico de partículas é obrigatório para a realização da classificação do ambiente exigida, bem como para o teste de recuperação opcional, fica claro que essa disputa entre contador óptico de partículas e fotômetro se relaciona apenas ao teste opcional de vazamento de filtro.
Isso significa que os procedimentos obrigatórios de classificação do ambiente e os testes opcionais de recuperação de validação de sala limpa não podem ser realizados usando um fotômetro.
Como funciona o teste de vazamento de filtro instalado?
Para testar um filtro de partículas de alta eficiência instalado (HEPA, ULPA), um aerossol de teste adequado deve ser gerado a montante do filtro. A distribuição do tamanho das partículas desse aerossol de teste deve estar na faixa do MPPS (tamanho de partícula de maior penetração) do filtro em teste. Ao realizar a medição da concentração de partículas a montante e a jusante, a penetração local de partículas é determinada para identificar possíveis vazamentos no filtro instalado.
Princípios de Medição
Os contadores ópticos de partículas são baseados em medições de dispersão de luz a laser. Utilizando um feixe de laser focado, as partículas individuais que cruzam o feixe são analisadas uma a uma. Por essa razão, obtém-se a concentração numérica de partículas. Como os impulsos de partículas individuais são classificados por amplitude, também é possível obter informações sobre o tamanho de cada partícula medida.
Um contador de partículas determina a concentração numérica das partículas por meio de várias medições em diferentes posições. Em seguida, a classe de sala limpa nominal pode ser confirmada ou rejeitada em conformidade com as diretrizes da NBR ISO 14644-1.
A solução tecnológica adequada da nossa empresa é o contador de partículas de sala limpa LAP 340 e o software de controle, coleta e análise de dados CRQWin desenvolvido pela TOPAS GmbH.
De acordo com a NBR ISO 14644, existem os seguintes requisitos mínimos para o contador óptico de partículas:
Para realizar um teste de vazamento de filtro instalado usando um contador óptico de partículas, o DEHS ou PAO são normalmente utilizados como aerossol de teste. Para medições de partículas a montante, um sistema de diluição de aerossóis deve ser aplicado para evitar erros de coincidência no contador óptico de partículas. A concentração de partículas a jusante é medida sem um sistema de diluição.
Em geral, as medições podem ser realizadas por dois contadores ópticos de partículas idênticos simultaneamente ou, posteriormente, por um único contador alternando a amostragem a montante e a jusante. Para verificação de vazamentos, toda a seção transversal do filtro é escaneada por uma sonda de amostragem isocinética a aproximadamente 5 cm/s. No caso de possíveis vazamentos detectados durante essa varredura, uma medição estacionária de 1 minuto nesses pontos potenciais de vazamento deve ser realizada para confirmar o status de vazamento/não vazamento. O ajuste da concentração de partículas a montante necessária é descrito na NBR ISO 14644-3.
A concentração deve ser escolhida de forma a permitir taxas de varredura a jusante razoáveis. Configurações típicas para concentrações de partículas a montante para testar diferentes classes de filtros com um contador óptico de partículas (1 cfm) são mostradas de forma exemplificada na tabela a seguir:
Fotômetros são principalmente baseados em medições de transmissão, em alguns casos é aplicada a dispersão frontal. Como são observados coletivos de partículas, obtém-se a concentração de massa de partículas, bem como o tamanho médio das partículas. Não é possível obter informações sobre a distribuição do tamanho das partículas. De acordo com a ISO 14644, existem os seguintes requisitos mínimos para o fotômetro utilizado:
Para realizar um teste de vazamento de filtro instalado com um fotômetro de aerossol, o DOP é normalmente utilizado como aerossol de teste. No entanto, este DOP é considerado perigoso pelas regulamentações europeias (EN 1272/2008). A verificação de vazamento também é feita escaneando toda a seção transversal do filtro. Uma concentração de massa a montante entre 20 e 80 mg/m³ é recomendada pela norma. Assumindo um aerossol de teste com tamanho modal de partículas de 0,5 μm e densidade de 0,98 g/cm³, isso corresponde a uma concentração numérica de partículas de aproximadamente 160.000 a 650.000 1/cm³,
O que é cerca de 1000 vezes maior em comparação com as medições de contadores ópticos de partículas (veja também ISO 14644-3 B.6.1.2).
Adicionalmente: O OPC permite escolha de tamanho da particula de interes e asssim evita que particulas menores criam uma impressao de vazamento
Os resultados dos testes de vazamento utilizando um contador óptico de partículas e um fotômetro como método de teste não podem ser comparados diretamente. Isso se deve ao fato de que as concentrações numéricas de partículas de um contador de partículas não podem ser comparadas diretamente às concentrações de massa de partículas de um fotômetro. Em concentrações numéricas de partículas, partículas pequenas mostram fortes efeitos de contagem, enquanto em concentrações de massa de partículas, as partículas grandes predominam.
Aplicando uma análise de partículas individuais, os contadores de partículas são especialmente projetados para medir concentrações de partículas pequenas. Por essa razão, a diluição do aerossol a montante é necessária. Existem vários sistemas de diluição adequados disponíveis no mercado.
Fotômetros são especialmente indicados para medir altas concentrações, pois observam coletivos de partículas. Para atingir uma concentração de massa a jusante suficiente, especialmente em filtros de alta eficiência, é necessária uma concentração muito alta a montante nas medições de fotômetro.
Como essa alta concentração a montante resulta em contaminação do filtro, a ISO 14644-3 B.6.1.2c afirma que um teste de fotômetro deve ser realizado apenas em instalações onde o aerossol de teste liberado do filtro não seja crítico para produtos ou pessoal dentro da sala limpa em operação. Após um teste de fotômetro com DOP, geralmente leva vários meses para que o DOP seja completamente liberado do filtro. Especialmente quando se retoma a operação da sala limpa, uma contaminação de curto prazo em alto nível de produtos sensíveis deve ser considerada.
Como as medições do contador óptico de partículas são mais sensíveis a concentrações muito pequenas de partículas, e as partículas pequenas predominam no caso de distribuições numéricas de partículas observadas por essa análise de partículas individuais, as medições do contador óptico de partículas são muito mais sensíveis para detectar pequenos vazamentos em comparação com um teste de fotômetro.
Impressionante: o metodo com o CPD reduz o prejudicio do filtro HEPA em 97% em comparacao de uso de Fotometro. Uso de CPD e largamente estabilisado em Asia e Europa (microeletronica, aeroespacial por exemplo)
Comparação de ambos os métodos de medição
Medição do tempo de recuperação
Para remover rapidamente uma possível contaminação por partículas, a taxa de renovação do ar em salas limpas deve ser sempre suficientemente alta. Durante a medição do tempo de recuperação, aerossóis de teste são introduzidos na sala. Em seguida, a curva de decaimento da concentração de partículas e o tempo de recuperação da sala até o nível de concentração original é medido.
Com essa tecnologia própria da TOPAS, você terá sucesso nas suas medições de tempo de recuperação: gerador de aerossol ATM 228, contador de partículas de sala limpa LAP 340 e o software de qualificação de sala limpa CRQWin.
Conclusão Final
Como resultado dos diferentes aspectos discutidos acima, a aplicação de um contador óptico de partículas para realizar testes de vazamento de filtros instalados é fortemente recomendada.
Usar baixa concentracao de aerossol evita danos nos filtros HEPA e garante uma vida mas longa do filtro. Evitando reprovacao, substituicao desnessesaria do filtro e depos, classificacao, certificacao de novo do ambiente controlado que cria custos adicionais.
Por isso, utilizamos um teste de vazamento de filtro baseado em medições por número com contadores de partículas ópticos (OPC) em vez de medições de fotometria baseadas em massa.
Com o método do contador de partículas, é possível detectar pequenos furos no filtro. Além disso, uma carga de filtro menos intensa com aerossol de teste é necessária, pois o contador de partículas óptico de partículas individuais, já utilizado no procedimento de classificação, opera de maneira muito mais sensível do que o fotômetro que trabalha de forma integral.
Seguimos este método em conformidade com a recomendação normativa.
Conclusão Final
Referências bibliográficas
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TOPAS GmbH, "Cleanroom validation acc. to ISO 14644 Optical Particle Counter vs. Photometer"
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Eng. Marcos Antonio V. Perreira, "ensaios para a deteccao de vazamentos em sistemas de filtragem instalados utilizando contador de particulas dsicretas e baixa concentracao de aerossol"
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Dr. Eng. Jürgen Blattner, "Messungen zur Qualifizierung von Reinräumen und Reinraumbereichen" - "Medições para qualificação de salas limpas e áreas de salas limpas", BSR Ingenieur-Büro
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Aqui, a estanqueidade do filtro instalado é verificada por meio de um teste com um aerossol de referência (por exemplo DEHS, Emery). O teste do filtro em estado instalado é realizado na sala limpa com os mesmos métodos (geração, diluição e medição de aerossóis) e princípios básicos que durante a fabricação do filtro.
Para o teste de integridade do filtro, é adequado o conjunto de medição para a aprovação de instalações tecnológicas de sala limpa, que inclui os componentes:
A combinação desses componentes pode ser utilizada, entre outras coisas, para detectar vazamentos de filtro em instalações tecnológicas de sala limpa.
A aprovação segura só é possível se houver uma concentração de partículas suficientemente alta na entrada. Como os contadores de partículas de sala limpa não conseguem medir essas altas concentrações de partículas, o aerossol de teste é diluído com um sistema de diluição por um fator definido. Isso permite a determinação das concentrações de gás bruto e limpo com apenas um dispositivo de medição, por exemplo, com o contador de partículas LAP 340. Com a sonda de amostragem retangular SYS 529, os filtros podem ser escaneados até os cantos do lado do gás limpo.