Instalación HVAC en Empresa de Microtecnología Avanzada: Prointer ejecutó una solución integral de climatización para una sala blanca de alta exigencia técnica, cumpliendo con criterios ISO 5 e ISO 7. El proyecto garantiza condiciones ambientales estables para procesos de litografía y microfabricación, con máxima fiabilidad operativa y control continuo.
Introducción
Table of Contents
Las salas blancas son espacios técnicamente controlados en los que la cantidad de partículas en el aire, así como parámetros como temperatura, humedad y presión diferencial, deben mantenerse dentro de rangos estrictamente definidos.
Estos espacios se utilizan en industrias tan sensibles como la farmacéutica, la biotecnológica, la aeroespacial y, en el caso que nos ocupa, la microelectrónica y fotónica avanzada.
En este entorno, incluso una variación mínima en la humedad relativa o una partícula de más puede causar fallos irreversibles en dispositivos ópticos o circuitos MEMS (Sistemas Microelectromecánicos). El cliente requería un entorno con clima ultra-estable para operar procesos de litografía óptica y electrónica, deposición de capas delgadas y fotónica integrada.
Antecedentes del proyecto
El cliente, una empresa tecnológica española dedicada al desarrollo de soluciones integradas en microfabricación avanzada, inició la expansión de su planta con la construcción de una nueva sala blanca modular de 255 m². Este espacio se dividía en:
Zona ISO 5 (45 m²): Sala de litografía electrónica con equipos de haz de electrones y exposición ultravioleta.
Zona ISO 7 (210 m²): Áreas de preparación de sustratos, revelado, caracterización y encapsulado.
Además de la limpieza ambiental, se requería mantener una temperatura de 20 ± 0,5 °C y una humedad relativa del 45 ± 5 %, con tasas de renovación de aire entre 150 y 250 vol/hora. Se especificó, además, una presión positiva de entre +10 y +15 Pa entre compartimentos, lo que implicaba un diseño meticuloso del gradiente de presiones.
Exigencias y objetivos
El sistema debía cumplir simultáneamente con los siguientes requisitos:
Control térmico/higrométrico de alta precisión, para cargas internas variables.
Filtración HEPA H14, con conteo < 3.500 partículas 0,5 µm/m³ (ISO 5)
Diseño modular y escalable
Sistema BMS con monitorización 24/7, generación de informes, alarmas, trazabilidad y gestión de energía.
Redundancia tipo N+1, aplicable tanto en generación térmica como en ventilación y sistemas de control.
Retos técnicos del proyecto
Carga térmica instantáneas de equipos de litografía
Gradiente de presiones sin retrocontaminación dentre ISO 5 e ISO 7
Compatibilidad electromagnética (EMC) de sensórica y PLC
Eficiencia energética en un entorno de alta renovación de aire
Normativa aplicable y criterios de diseño
El proyecto fue diseñado cumpliendo con las siguientes normativas y estándares vigentes en España:
UNE-EN ISO 14644-1:2016: Clasificación de limpieza del aire según número de partículas.
UNE 171340:2020: Ensayos de validación de salas de ambiente controlado (aplicada por analogía técnica).
UNEEN ISO 146445:2005: Operaciones en salas limpias
- UNE-EN 378-1: Sistemas de refrigeración y bombas de calor. Requisitos de seguridad y medioambientales. Parte 1
- UNE 100030: Prevención y control de la proliferación y diseminación de Legionella en instalaciones; respecto a concentración admisible y ventilación mecánica de la sala técnica, dado que es levemente inflamable (clasificación A2L)
- UNE-EN 16798-3:2018: Ventilación en edificios no residenciales y eficiencia energética.
- RITE (Reglamento de Instalaciones Térmicas en Edificios)
ASHRAE 170-2021: Ventilation of Health Care Facilities (se emplea para criterios de ventilación mínima y diferenciales de presión).
EN 1822:2019: Clasificación de filtros absolutos HEPA y ULPA.
- ISO 14644-4: Diseño, construcción y puesta en servicio.
- ISO 14644-5: Salas limpias y locales anexos controlados. Parte 5: Funcionamiento.
Solución técnica y tecnologías empleadas
El diseño de la instalación HVAC se abordó como un sistema integral en el que cada componente, desde la producción térmica hasta la difusión de aire y la supervisión, debía responder a tres pilares fundamentales: precisión, fiabilidad y eficiencia energética.
A continuación, se detallan los principales elementos y decisiones adoptadas:
Producción térmica
Para atender la climatización de las distintas zonas, se optó por una unidad enfriadora con compresores scroll inverter, con una potencia frigorífica nominal de 95 kW. Esta elección permite adaptar dinámicamente la potencia aportada a las variaciones de carga térmica generadas por la operación discontinua de equipos de litografía, evitando ciclos de arranque-paro frecuentes y reduciendo así el consumo eléctrico y el desgaste mecánico.
Características técnicas del sistema:
Tecnología scroll inverter 95 kW, modulante entre el 25% y el 100% de carga.
Gas refrigerante R-32 (A2L, GWP 675); se verifica el cumplimiento de los límites de carga y ventilación mecánica según UNEEN 3781 y UNE 100030.
Recuperación parcial de calor para precalentamiento de aire primario
Depósito de inercia 500 L (ESEER > 4,8).
Distribución de aire
El corazón del sistema de tratamiento de aire lo constituye una Unidad de Tratamiento de Aire (UTA) de alto rendimiento, equipada con:
Recuperador entálpico rotativo con rotor higroscópico, eficiencia térmica superior al 80%. Incluye sector de purga 5 % y laberintos de estanqueidad ≥ 90 % para minimizar fuga cruzada (< 0,5 %).
Bypass doble para freecooling y deshumectación.
Etapas de prefiltrado F7 según EN ISO 16890, separadas físicamente de las zonas de filtración final.
Módulo de humidificación isoterma por resistencias modulantes, para el control fino de HR en invierno.
Control independiente de caudal por zona mediante cajas de caudal variable (VAV), con sensores de presión diferencial calibrados.
Los conductos fueron diseñados en doble envolvente (galvanizado + aislante térmico de 40 mm de lana mineral con barrera de vapor) para evitar condensaciones y pérdidas térmicas. Todo el trazado fue certificado como clase D de estanqueidad según EN 12237, requisito imprescindible en ambientes ISO 5 para evitar fugas que puedan comprometer las presiones diferenciales.
Difusión y filtración
El sistema de difusión de aire se diseñó con el objetivo de garantizar un flujo laminar descendente uniforme desde los difusores HEPA del techo hasta el suelo (que barre partículas constantemente hacia la extracción sin recirculaciones laterales) en zonas ISO 5 y un patrón de mezcla controlada en zonas ISO 7.
Componentes principales:
Difusores de techo tipo laminar flow con filtros terminales HEPA H14, eficiencia de retención ≥ 99,995% para partículas de 0,3 µm, según norma EN 1822-1:2019.
Caudal unitario por filtro terminal entre 350 y 750 m³/h, regulado por cajas VAV.
Retorno de aire mediante rejillas con prefiltrado G4 en zonas ISO 7, y retorno directo filtrado en ISO 5.
Flujo descendente controlado (piston effect: fenómeno térmico que ocurre cuando un refrigerante es comprimido y expandido cíclicamente mediante el movimiento alternativo de un pistón dentro de un cilindro), para garantizar el barrido continuo de partículas sin recirculación lateral.
Además, todas las zonas críticas fueron ensayadas con pruebas de humo frío para verificar la correcta dirección del flujo, y se validaron mediante conteo de partículas en régimen dinámico para asegurar la conformidad con ISO 14644-1.
Control y BMS
El sistema de control fue concebido con arquitectura distribuida, basada en controladores programables industriales (PLC) y sensórica digital de alta precisión:
- Sensores de precisión:
- Temperatura: ±0,25 °C.
- Humedad relativa: ±1 % RH (en rango 20–80 %).
- Presión diferencial: ±0,5 Pa.
Red de control cableada y redundante, con protocolo Modbus RTU y BACnet/IP, interoperable con SCADA y sistemas externos.
Algoritmos de control PID multizona, con autoajuste según condiciones estacionales.
Visualización completa mediante SCADA gráfico desde BMS central, accesible tanto en sala técnica como en remoto a través de red segura.
El BMS permite el control integral de todas las variables críticas, emisión de alertas en tiempo real, almacenamiento histórico de datos y exportación de informes para auditorías de calidad o validaciones GMP.
Redundancia y respaldo
Dado el carácter crítico de los procesos alojados, todos los sistemas HVAC se diseñaron bajo criterio de alta disponibilidad:
Producción térmica N+1: enfriadora secundaria capaz de asumir la carga completa en caso de fallo.
Ventilación forzada N+1: motor-ventiladores y extractores con reserva caliente.
Filtración y control redundantes: filtros terminales instalados en configuración doble en zonas ISO 5, y controladores con alimentación a través de SAI.
Grupos electrógenos de emergencia: activación automática en menos de 30 s, alimentando sistemas HVAC críticos y control.
Este enfoque permitió al cliente cumplir con sus requisitos internos de continuidad operativa, limitando al mínimo el riesgo de fallo o parada no programada del sistema.
Resultados del proyecto
Tras la validación in situ, todas las zonas cumplieron con los requisitos ISO en régimen dinámico de operación real. Los ensayos de conteo de partículas, temperatura y presión se mantuvieron dentro de tolerancias:
Temperatura estable: 20,0 ± 0,3 °C
Humedad relativa: 44–46 % HR
Presiones diferenciales: +15 Pa (verificadas mediante prueba de humo frío)
- Conteo de partículas dentro de límite ISO 5/7 en régimen dinámico
Nivel sonoro interior: <48 dB(A) en todas las zonas ocupadas
El sistema BMS fue auditado externamente para verificar su robustez y escalabilidad, permitiendo además integraciones futuras con plataformas MES de producción (la gestión de la producción, que se refiere al control y seguimiento de los procesos de fabricación, se suele realizar con sistemas MES, “Manufacturing Execution System”).
Conclusión
Este proyecto refleja la capacidad de Prointer para abordar desafíos técnicos de alta exigencia en climatización de entornos controlados. La correcta integración de tecnologías eficientes, normativas exigentes y arquitectura modular permitió entregar una instalación robusta, validada y completamente monitorizable.
La experiencia acumulada en diseño y ejecución de HVAC para salas blancas, unida a nuestra especialización en entornos industriales críticos, convierte a Prointer en el socio ideal para empresas que operan en sectores como la microelectrónica, óptica integrada, pharma, defensa o tecnología médica, donde la precisión ambiental no es opcional, sino estructural.
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