Diferencia entre Flujo Laminar y Flujo Unidireccional
En el pasado era muy común el uso del término flujo laminar para referirse a los dispositivos de aire limpio que producían a partir de un flujo de aire filtrado continuo, uniforme y a velocidad constante. Sin embargo, flujo laminar es un concepto de mecánica de fluidos que relaciona la velocidad de un fluido, su viscosidad cinemática y la sección a través de la que se mueve. Con estos factores se obtiene un número adimensional, el número de Reynolds que indica si el fluido se mueve en flujo laminar, turbulento o en transición.
Básicamente en las condiciones de flujo laminar un fluido se mueve en capas paralelas, cada una de las cuales tiene un diferencial de velocidad respecto a la anterior. Sin embargo, en los flujos laminares utilizados en salas blancas se pretende que todas las capas paralelas se muevan a la misma velocidad, sin diferencias entre ellas. Por esta razón se utiliza el término flujo unidireccional en lugar del término flujo laminar.
¿Qué es el Flujo Unidireccional?
ISO 14644-4 define el flujo unidireccional como el flujo de aire controlado a través de la sección transversal completa de una zona limpia con velocidad constante y con las líneas de corriente aproximadamente paralelas.
Para cumplir condiciones de flujo unidireccional, ISO indica velocidades superiores a 0,2m/s (promedio de velocidad superior a 0,2m/s). Sin embargo, las normativas GMP son más estrictas y tanto FDA, EMA, PICs y WHO indican que las velocidades en un flujo unidireccional deben mantenerse entre 0,36 y 0,54 m/s (que corresponde a una velocidad de 0,45m/s ±20%).
¿Para qué se utiliza el Flujo Unidireccional?
En un flujo unidireccional cualquier partícula generada en su interior es arrastrada por el flujo de aire en una dirección y a una velocidad conocida (la velocidad y dirección del flujo) por lo que se puede asegurar que cualquier partícula generada estará fuera de la zona protegida a partir de un cierto tiempo. En el caso de un flujo vertical de 2m de altura se puede asegurar que el 100% de las partículas generadas se eliminarán de la zona crítica en menos de 4 segundos (velocidad de 0,45m/s).
Sin embargo, en una zona turbulenta, la eliminación de las partículas generadas depende de la eficiencia de la ventilación y el factor de dilución. En función de estos factores se puede asegurar que un cierto porcentaje de las partículas generadas se eliminarán de la zona turbulenta, pero por mucho que se mejore la ventilación y el factor de dilución ese porcentaje nunca será del 100%.
Por tanto, la ventaja del flujo unidireccional sobre el flujo turbulento es que en flujo laminar asegura un 100% de efectividad en la eliminación de partículas, mientras que el flujo turbulento solo asegura un cierto porcentaje. Por esta razón, los procesos críticos que necesitan máxima protección y limpieza deben ser realizados en condiciones de flujo unidireccional.
¿Cómo se consiguen las condiciones de Flujo Unidireccional?
Para conseguir condiciones de flujo unidireccional deben de asegurarse los siguientes factores:
1.- Limpieza del aire:
El aire debe ser filtrado hasta unas condiciones de contenido de partículas definidas por una clase ISO. En general, en la industria farmacéutica y afines, el aire del flujo unidireccional debe cumplir ISO 5; sin embargo, en otras aplicaciones como microelectrónica o aeroespacial se piden clases inferiores: ISO4, ISO 3 y en algunos casos puede llegarse a ISO 2 e ISO1.
La limpieza del aire impulsado se consigue mediante filtración absoluta, para el caso de clase ISO 5 se requiere como mínimo un HEPA H14, para flujos unidireccionales más estrictos es necesario utilizar filtros ULPA U15, U16 y U17.
2.- Uniformidad de velocidad
La uniformidad de velocidad se consigue mediante pantallas ecualizadoras que uniformizan el flujo de aire. En el pasado estas pantallas eran de chapas perforadas o se utilizaba incluso la superficie de los propios filtros HEPA como ecualizador. Actualmente se suelen utilizar pantallas de velo formadas por un tejido de poliéster monofilamento con apertura de malla de entre 0,2 y 0,45 µ.
La pantalla ecualizadora facilita la creación del flujo unidireccional en el origen, pero para que el flujo unidireccional se mantenga a lo largo de toda la zona protegida es necesario que la sección transversal por la que circula el flujo de aire se mantenga constante, si hay variaciones en la superficie de la sección transversal cambia la velocidad y por tanto puede perderse la característica unidireccional. Por tanto, toda la superficie del flujo debe estar cerrada, en el pasado se utilizaban cortinas flexibles de PVC para delimitar el recinto, sin embargo, estas cortinas se utilizan cada vez menos debido a su dificultad de limpieza y su flexibilidad, que permite variaciones en la geometría de la sección de flujo unidireccional.
En la actualidad se tiende a delimitar los flujos unidireccionales mediante paramentos verticales o mamparas rígidas de metacrilato.
3.- Uniformidad de flujo de aire
Para conseguir la uniformidad de velocidad es necesario un flujo de aire continuo y uniforme con mínimas variaciones. Esto se consigue mediante ventiladores de alta eficacia con regulación proporcional de velocidad. Antiguamente la regulación de velocidad se conseguía mediante variadores de frecuencia o de tensión que ajustaban la alimentación eléctrica del motor para controlar su velocidad de giro. En la actualidad se utilizan motores con tecnología EC de conmutación electrónica que consiguen regulaciones de velocidad muy precisas en un amplio rango de funcionamiento.
4.- Retorno
En un flujo unidireccional la salida del aire es tan importante como la entrada. El aire debe abandonar el recinto de flujo unidireccional de la forma más uniforme posible y en la dirección opuesta a la entrada. El caso más común de flujos unidireccionales es el flujo vertical de techo a suelo, en estos flujos el aire debe salir a baja cota y lo más repartido posible en el perímetro. Cuando el aire del flujo laminar sale únicamente por una zona muy concreta y restringida se producen corrientes transversales de aire hacia la salida provocando turbulencias y la ruptura de la uniformidad de la velocidad, invalidando la mayor parte del flujo unidireccional y anulando su capacidad de protección.
¿Cómo se valida un Flujo Unidireccional?
La validación de un flujo unidireccional requiere los siguientes test:
1.- Test de integridad de filtros absolutos: (Test de fugas o test DOP) para demostrar la correcta instalación de los filtros absolutos y la hermeticidad de la envolvente.
2.- Contaje de partículas: para demostrar el cumplimiento de la clase ISO especificada.
3.- Test de uniformidad de velocidad: para demostrar que la velocidad de aire en toda la superficie del flujo unidireccional corresponde a la velocidad especificada; en general suele ser de 0.45m/s ±20%.
4.- Test de laminaridad: para demostrar que el movimiento del aire a través de toda la sección del flujo es uniforme, en líneas paralelas y con ausencia total de turbulencias.
