A Essencialidade dos Sistemas de HVAC em Salas Limpas: Controle de Partículas e Ambiência

Salas Limpas são ambientes projetados e controlados rigorosamente para minimizar a introdução, geração e retenção de partículas no ar. O controle da concentração de partículas aerotransportadas é crítico e sua especificação é realizada através de normas de classificação, como a internacional ISO 14644. A manutenção desses ambientes em conformidade com os padrões exigidos é vital para processos sensíveis em indústrias como farmacêutica, biotecnologia, química fina, microeletrônica (produção de semicondutores), aeroespacial e alimentícia.

Em contraste com ambientes controlados convencionais, como salas cirúrgicas hospitalares (que possuem requisitos específicos, mas geralmente menos restritivos em termos de contagem de partículas ultrafinas), salas limpas exigem um nível de controle significativamente superior. A conformidade é assegurada não apenas por procedimentos operacionais estritos e vestimentas especiais, mas fundamentalmente pela tecnologia embarcada no sistema de Tratamento de Ar e Condicionamento (HVAC - Heating, Ventilation, and Air Conditioning).

O sistema HVAC em salas limpas transcende o simples conforto térmico. Suas funções primordiais incluem:

Diluição e Remoção de Partículas: A função mais crítica, realizada através da insuflação constante de grandes volumes de ar altamente filtrado. Este processo dilui as partículas geradas internamente e as direciona para fora do espaço crítico.
Controle de Temperatura e Umidade Relativa: Manutenção precisa das condições termohigrométricas. A temperatura pode afetar a estabilidade de produtos ou processos, enquanto o controle da umidade relativa é crucial para evitar condensação, inibir o crescimento microbiológico e controlar cargas eletrostáticas que podem atrair partículas ou danificar componentes sensíveis (ex: semicondutores).
Pressurização Positiva: Manter uma pressão interna ligeiramente superior à dos ambientes adjacentes não controlados ou menos críticos. Este diferencial de pressão previne a entrada de ar contaminado por meio de infiltrações em vãos, frestas e durante a abertura de portas.
Gerenciamento do Fluxo de Ar: Controlar a direcionalidade e a velocidade do ar insuflado para "varrer" as partículas para os pontos de retorno, minimizando a recirculação de contaminantes dentro do espaço crítico.

Arquitetura do Sistema de Tratamento de Ar

A eficácia da sala limpa depende intrinsecamente da concepção e performance do sistema de tratamento de ar. A estanqueidade do invólucro da sala é fundamental para evitar infiltrações descontroladas, mas a diferenciação tecnológica reside no sistema HVAC.

Sistemas modernos de salas limpas demandam variação contínua de capacidade para responder às flutuações de carga térmica e de ocupação, mantendo as condições precisamente controladas. Em sistemas com expansão indireta (água gelada), isso é tipicamente alcançado com válvulas de controle de vazão modulantes atuando nas serpentinas de resfriamento/aquecimento. Em sistemas de expansão direta (fluidos refrigerantes), utiliza-se a modulação da capacidade do compressor (tecnologia inverter) e/ou válvulas de expansão eletrônica para ajustar a capacidade frigorífica e de aquecimento.

Filtragem do Ar em Múltiplos Estágios

A filtragem é o componente central do sistema de tratamento de ar. O processo de filtragem visa reter as partículas presentes no ar de renovação (externo) e no ar de recirculação (interno). Este processo ocorre em múltiplos estágios para proteger os filtros de alta eficiência e otimizar a vida útil do conjunto filtrante:

Pré-filtragem (Filtros Grossos e Médios): Estágios iniciais de filtragem que removem partículas maiores (pó, fiapos, etc.). Estes filtros, geralmente classificados como G e F pela norma NBR 16101, protegem os filtros finos e absolutos instalados a jusante.
Filtragem Fina: Remove partículas menores que passaram pelos estágios iniciais (também abrangidos pela NBR 16101, classificação F).
Filtragem Absoluta (HEPA e ULPA): Os estágios finais e mais críticos.

Filtros HEPA (High Efficiency Particulate Air): Classificados pelas normas EN 1822 ou ISO 29463 (que substitui a EN 1822 em âmbito internacional). Possuem eficiência mínima de 99,97% na retenção de partículas de 0,3 micrômetro (µm) de diâmetro (o MPPS - Most Penetrating Particle Size, que varia ligeiramente dependendo do filtro). São essenciais para classes de limpeza ISO 5 a ISO 8.
Filtros ULPA (Ultra Low Penetration Air): Classificados pelas mesmas normas, possuem eficiência ainda maior (superior a 99,999% para o MPPS), sendo utilizados em salas limpas de classes mais rigorosas (ISO 4 e superiores).

A quantidade e a eficiência dos estágios de filtragem são definidas pela classificação exigida para a sala limpa. Quanto mais rigorosa a classificação (menor o número da ISO), maior a eficiência mínima dos filtros terminais e, frequentemente, maior o número de estágios. Os filtros HEPA/ULPA terminais são geralmente instalados próximo ao ponto de insuflação, seja em caixas terminais no forro ou integrados aos difusores, para garantir que o ar insuflado no ambiente esteja no nível máximo de pureza.

Distribuição e Padrões de Fluxo de Ar

A forma como o ar filtrado é distribuído no ambiente impacta diretamente a capacidade de controle de partículas. Dois padrões principais são empregados:

Fluxo Não-Unidirecional (Turbulento): Utilizado em classes de limpeza menos rigorosas (tipicamente ISO 7 e ISO 8). O ar é insuflado e se mistura turbulentamente com o ar ambiente, diluindo as partículas. A remoção das partículas depende principalmente do número de Renovações de Ar por Hora (ACH - Air Changes per Hour), que pode variar amplamente (ex: 20 a 60 ACH ou mais, dependendo da classificação e aplicação).
Fluxo Unidirecional (Laminar): Essencial para classes de limpeza mais rigorosas (tipicamente ISO 5 e superiores). O ar é insuflado através de uma área de filtragem quase total (forro ou parede) com velocidade uniforme, criando um fluxo paralelo ("pistão") que move as partículas horizontal ou verticalmente para a área de retorno (piso ou parede oposta), minimizando a re-circulação e "varrendo" os contaminantes para fora da zona crítica. A velocidade do fluxo é um parâmetro crítico (ex: 0.3 - 0.5 m/s para fluxo vertical).

A geometria da sala, a localização dos pontos de insuflação (difusores ou área filtrante total) e retorno (grelhas ou piso pleno) devem ser projetadas para estabelecer o padrão de fluxo de ar desejado e garantir que as partículas geradas sejam eficientemente varridas para fora das áreas de trabalho crítico. Sistemas com retorno dutado garantem maior controle sobre o fluxo de ar.

Manutenção, Monitoramento e Validação

A manutenção preditiva e preventiva é vital para a sustentabilidade da performance da sala limpa. Isso inclui:

Monitoramento Contínuo da Pressão Diferencial dos Filtros: Indica o acúmulo de partículas e a necessidade de substituição. A troca deve ser baseada neste diferencial e/ou em programas de monitoramento da qualidade do ar.
Limpeza Regular do Sistema de HVAC e Ductos: Essencial para evitar que o próprio sistema se torne uma fonte de contaminação.
Monitoramento dos Diferenciais de Pressão da Sala: Garante que a pressurização positiva esteja sendo mantida.
Monitoramento das Condições Termohigrométricas: Verifica se temperatura e umidade estão dentro das tolerâncias especificadas.
Validação Periódica: Testes regulares de desempenho (re-validação) conforme ISO 14644, incluindo contagem de partículas, testes de integridade de filtros (teste de varredura/leak test), medição de velocidade e uniformidade do fluxo de ar (para fluxo unidirecional), e medição de diferenciais de pressão.

Uma rotina de manutenção rigorosa e um programa de monitoramento eficaz não apenas prolongam a vida útil dos equipamentos, mas, mais importante, garantem que os níveis de contaminação do ar permaneçam dentro dos parâmetros críticos exigidos pela classificação da sala limpa e pelas regulamentações aplicáveis.

Em suma, o projeto, instalação e manutenção de um sistema HVAC para sala limpa é uma disciplina complexa que integra engenharia térmica, mecânica, de fluidos e de controle para criar e sustentar um ambiente com parâmetros de pureza do ar definidos por rigorosas normas internacionais.

_______________________________________________________________________

Palavras Chave: Sala Limpa, Filtragem, Filtros HEPA.

_______________________________________________________________________

REFERÊNCIAS:

CIENTÍFICA DO BRASIL. O que é uma sala limpa? 2019. Disponível em: <https://cmscientifica.com.br/o-que-e-uma-sala-limpa-classificacao-de-ambientes-controlados/>

REVISTA MEIO FILTRANTE. Sistemas de Filtragem para sala limpa e ambientes controlados. 2014. Disponível em: <https://www.meiofiltrante.com.br/Artigo/832/sistemas-de-filtragem--para-sala-limpa-e-ambientes-controlados>