1. Análisis de las características de las salas blancas altas
(1) Las salas blancas de gran altura presentan características propias. En general, se utilizan principalmente en el proceso de postproducción y, por lo general, para el ensamblaje de equipos de gran tamaño. No requieren altos niveles de limpieza ni un control preciso de la temperatura y la humedad. Los equipos no generan mucho calor durante el proceso de producción y el número de personas presentes es relativamente reducido.
(2) Las salas blancas altas suelen tener estructuras de gran tamaño y, a menudo, utilizan materiales ligeros. La placa superior generalmente no soporta una carga elevada con facilidad.
(3). Generación y distribución de partículas de polvo. En salas blancas de gran altura, la principal fuente de contaminación difiere de la de las salas blancas convencionales. Además del polvo generado por las personas y el equipamiento deportivo, el polvo superficial representa una proporción considerable. Según la bibliografía consultada, la generación de polvo cuando una persona está quieta es de 10⁵ partículas/(min·persona), y cuando se mueve, se calcula como cinco veces mayor. En salas blancas de altura estándar, la generación de polvo superficial se calcula considerando que la generación de polvo en una superficie de 8 m² equivale a la de una persona en reposo. En salas blancas de gran altura, la carga de purificación es mayor en la zona inferior, donde se desarrolla la actividad del personal, y menor en la superior. Asimismo, debido a las características del proyecto, es necesario aplicar un factor de seguridad adecuado para garantizar la seguridad y considerar la contaminación por polvo imprevista. La generación de polvo superficial de este proyecto se basa en la de una superficie de 6 m², equivalente a la de una persona en reposo. Este proyecto se calcula sobre la base de 20 personas trabajando por turno, y la generación de polvo del personal representa solo el 20% de la generación total de polvo, mientras que la generación de polvo del personal en una sala limpia general representa alrededor del 90% de la generación total de polvo.
2. Decoración de salas limpias en talleres altos
La decoración de salas blancas generalmente incluye suelos, paneles de pared, techos y los sistemas de climatización, iluminación, protección contra incendios, suministro y drenaje de agua, entre otros elementos propios de estas salas. Según los requisitos, la envolvente del edificio y la decoración interior de la sala blanca deben utilizar materiales con buena hermeticidad y mínima deformación ante cambios de temperatura y humedad. La decoración de paredes y techos en salas blancas debe cumplir los siguientes requisitos:
(1). Las superficies de las paredes y los techos de las salas limpias deben ser planas, lisas, libres de polvo, sin reflejos, fáciles de limpiar y tener menos superficies irregulares.
(2) Las salas blancas no deben utilizar paredes de mampostería ni paredes enlucidas. Cuando sea necesario utilizarlas, se debe emplear un proceso de enlucido en seco y con materiales de alta calidad. Tras el enlucido, se debe pintar la superficie con una pintura ignífuga, resistente a las grietas, lavable, lisa y que no absorba agua, se deteriore ni genere moho fácilmente. En general, para la decoración de salas blancas se suelen utilizar paneles metálicos con recubrimiento en polvo de alta calidad. Sin embargo, en grandes naves industriales, debido a la altura de los suelos, la instalación de tabiques metálicos resulta más compleja, con menor resistencia, mayor coste y menor capacidad de carga. Este proyecto analizó las características de generación de polvo en salas blancas de grandes naves industriales y los requisitos de limpieza. No se adoptaron los métodos convencionales de decoración con paneles metálicos. Se aplicó un recubrimiento epoxi a las paredes originales de obra civil. Se eliminó el techo para maximizar el espacio útil.
3. Organización del flujo de aire en salas blancas altas
Según la bibliografía, en salas blancas de gran altura, el uso de sistemas de climatización específicos puede reducir considerablemente el volumen total de aire suministrado. Con esta reducción, es fundamental una correcta organización del flujo de aire para lograr una climatización más eficaz. Es necesario garantizar la uniformidad del aire de suministro y retorno, minimizar los vórtices y las turbulencias en la zona de trabajo y optimizar la difusión del aire de suministro para maximizar su efecto de dilución. En salas blancas de gran altura con requisitos de limpieza de clase 10.000 o 100.000, se puede aplicar el concepto de climatización de confort de espacios amplios, como el uso de boquillas en grandes instalaciones como aeropuertos y pabellones de exposiciones. Mediante boquillas y suministro lateral de aire, el flujo se difunde a larga distancia. El suministro de aire mediante boquillas se basa en chorros de alta velocidad expulsados por las mismas. Se utiliza principalmente en sistemas de aire acondicionado para salas blancas de gran altura o espacios públicos con pisos altos. La boquilla cuenta con suministro de aire lateral, y tanto la boquilla como la salida de retorno se ubican en el mismo lado. El aire se expulsa de forma concentrada desde varias boquillas distribuidas en el espacio, a mayor velocidad y con un mayor volumen. El chorro retrocede tras recorrer cierta distancia, de modo que toda la zona climatizada se encuentra dentro de la zona de reflujo, y luego la salida de retorno, situada en la parte inferior, lo extrae de vuelta a la unidad de aire acondicionado. Sus características principales son la alta velocidad de suministro de aire y su largo alcance. El chorro genera una fuerte mezcla del aire interior, cuya velocidad disminuye gradualmente, creando un amplio remolino que proporciona un campo de temperatura y velocidad más uniforme en la zona climatizada.
4. Ejemplo de diseño de ingeniería
Un taller alto y limpio (40 m de largo, 30 m de ancho, 12 m de alto) requiere un área de trabajo limpia por debajo de los 5 m, con un nivel de purificación estático de 10.000 y dinámico de 100.000, una temperatura tn = 22 ℃ ± 3 ℃ y una humedad relativa fn = 30 % ~ 60 %.
(1). Determinación de la organización del flujo de aire y la frecuencia de ventilación
Dadas las características de uso de esta sala blanca de gran altura, con más de 30 m de ancho y sin techo, el método convencional de suministro de aire para salas blancas resulta insuficiente para cumplir con los requisitos. Se adopta el sistema de suministro de aire por capas mediante boquillas para garantizar la temperatura, la humedad y la limpieza del área de trabajo (por debajo de los 5 m). Las boquillas de suministro de aire para la impulsión se distribuyen uniformemente en la pared lateral, y las salidas de retorno de aire, con una capa amortiguadora, se ubican uniformemente a 0,25 m del suelo en la parte inferior de la pared lateral, creando así un flujo de aire que dirige el aire hacia el área de trabajo, desde las boquillas hasta la zona de mayor concentración. Al mismo tiempo, para evitar que el aire en la zona de trabajo no limpia a más de 5 m de altura forme una zona muerta en términos de limpieza, temperatura y humedad, reducir el impacto de la radiación de frío y calor del techo exterior en la zona de trabajo, y eliminar oportunamente las partículas de polvo generadas por la grúa superior durante su funcionamiento, y aprovechar al máximo el aire limpio que se difunde a más de 5 m, se dispone una fila de pequeñas salidas de retorno de aire en la zona de aire acondicionado no limpia, formando un pequeño sistema de recirculación de aire, que puede reducir en gran medida la contaminación de la zona no limpia superior hacia la zona de trabajo limpia inferior.
De acuerdo con el nivel de limpieza y la emisión de contaminantes, este proyecto adopta una frecuencia de ventilación de 16 h⁻¹ para la zona climatizada limpia situada por debajo de los 6 m, y un sistema de extracción adecuado para la zona superior no limpia, con una frecuencia de ventilación inferior a 4 h⁻¹. De hecho, la frecuencia de ventilación promedio de toda la planta es de 10 h⁻¹. De esta manera, en comparación con la climatización limpia de toda la sala, el método de suministro de aire mediante boquillas estratificadas limpias no solo garantiza mejor la frecuencia de ventilación de la zona climatizada limpia y se ajusta a la organización del flujo de aire de la planta de gran envergadura, sino que también ahorra considerablemente volumen de aire, capacidad de refrigeración y potencia de los ventiladores del sistema.
(2). Cálculo del suministro de aire de la boquilla lateral
diferencia de temperatura del aire de suministro
La frecuencia de ventilación requerida para la climatización de salas blancas es mucho mayor que la de la climatización convencional. Por lo tanto, aprovechar al máximo el gran volumen de aire de la sala blanca y reducir la diferencia de temperatura del aire de impulsión no solo permite ahorrar capacidad de los equipos y costes operativos, sino que también contribuye a garantizar la precisión de la climatización. La diferencia de temperatura del aire de impulsión calculada en este proyecto es de 6 °C.
La sala blanca tiene una superficie relativamente grande, con un ancho de 30 m. Es necesario garantizar el cumplimiento de los requisitos de solapamiento en la zona central y asegurar que el área de trabajo del proceso se encuentre dentro del área de retorno de aire. Asimismo, deben considerarse los requisitos de ruido. La velocidad de suministro de aire de este proyecto es de 5 m/s, la altura de instalación de la boquilla es de 6 m y el flujo de aire sale de la boquilla en dirección horizontal. En este proyecto se calculó el caudal de aire de suministro de la boquilla. El diámetro de la boquilla es de 0,36 m. Según la bibliografía, el número de Arquímedes calculado es de 0,0035. La velocidad de suministro de aire de la boquilla es de 4,8 m/s, la velocidad axial en el extremo es de 0,8 m/s, la velocidad media es de 0,4 m/s y la velocidad media del flujo de retorno es inferior a 0,4 m/s, lo que cumple con los requisitos de uso del proceso.
Dado que el volumen de aire del flujo de suministro es grande y la diferencia de temperatura es pequeña, se comporta casi como un chorro isotérmico, por lo que resulta sencillo garantizar la longitud del chorro. Según el número de Arquímedes, se puede calcular un alcance relativo x/ds = 37 m, lo que cumple con el requisito de solapamiento de 15 m del flujo de aire de suministro del lado opuesto.
(3). Tratamiento de aire acondicionado
Dadas las características de gran volumen y pequeña diferencia de temperatura del aire de suministro en el diseño de salas blancas, se aprovecha al máximo el aire de retorno, eliminando el aire de retorno primario en el sistema de climatización de verano. Se adopta la máxima proporción de aire de retorno secundario, de modo que el aire fresco se trata una sola vez y luego se mezcla con un gran volumen de aire de retorno secundario, eliminando así el recalentamiento y reduciendo la capacidad y el consumo energético del equipo.
(4). Resultados de mediciones de ingeniería
Tras la finalización de este proyecto, se llevó a cabo una prueba de ingeniería integral. Se instalaron un total de 20 puntos de medición horizontales y verticales en toda la planta. Se analizaron el campo de velocidad, el campo de temperatura, la limpieza, el ruido, etc., de la planta limpia en condiciones estáticas, y los resultados de las mediciones fueron bastante satisfactorios. Los resultados obtenidos en las condiciones de funcionamiento previstas son los siguientes:
La velocidad media del flujo de aire en la salida es de 3,0 a 4,3 m/s, y la velocidad en la unión de los dos flujos de aire opuestos es de 0,3 a 0,45 m/s. Se garantiza una frecuencia de ventilación de 15 veces por hora en la zona de trabajo limpia, y su nivel de limpieza se encuentra dentro de la clase 10 000, cumpliendo así con los requisitos de diseño.
El nivel de ruido interior A es de 56 dB en la salida de retorno de aire, y en otras áreas de trabajo es inferior a 54 dB.
5. Conclusión
(1). Para salas blancas altas con requisitos no muy exigentes, se puede adoptar una decoración simplificada para cumplir tanto con los requisitos de uso como con los de limpieza.
(2). Para salas blancas altas que solo requieren que el nivel de limpieza del área por debajo de cierta altura sea de clase 10.000 o 100.000, el método de suministro de aire de boquillas de aire acondicionado de capas limpias es un método relativamente económico, práctico y eficaz.
(3). Para este tipo de salas blancas altas, se instala una fila de salidas de retorno de aire en forma de tira en el área de trabajo superior no limpia para eliminar el polvo generado cerca de los rieles de la grúa y reducir el impacto de la radiación de frío y calor del techo en el área de trabajo, lo que puede garantizar mejor la limpieza, la temperatura y la humedad del área de trabajo.
(4) La altura de una sala blanca alta es más de cuatro veces superior a la de una sala blanca estándar. En condiciones normales de producción de polvo, la carga de purificación por unidad de espacio es considerablemente menor que la de una sala blanca estándar de baja altura. Por lo tanto, desde esta perspectiva, la frecuencia de ventilación puede ser inferior a la recomendada por la norma nacional GB 73-84. Los estudios y análisis muestran que, en las salas blancas altas, la frecuencia de ventilación varía en función de la altura de la zona limpia. Generalmente, entre el 30 % y el 80 % de la frecuencia de ventilación recomendada por la norma nacional permite cumplir con los requisitos de purificación.
Fecha de publicación: 18 de febrero de 2025