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Impianti per il controllo della contaminazione aeroportata
Utilizzo e progettazione
Leonello Sabatini
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Impianti per il controllo della contaminazione aeroportata
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Leonello Sabatini
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Manuale di teoria e pratica sulla progettazione delle camere bianche ocleanrooms. Il volume si compone di tre parti: nella prima vengono introdotti i concetti di contaminante e di controllo della contaminazione, nonchĂŠ la classificazione e la descrizione delle tipologie di impianto e delle loro applicazioni a seconda dei settori. La seconda parte, piĂš pratica, affronta la progettazione e il controllo di questi impianti, mentre la terza si focalizza sul loro dimensionamento e sull'impatto energetico.
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Information
1 | La contaminazione aerotrasportata |
1.1.Contaminanti e applicazioni: aspetti generali
1.1.1.Contaminanti
In molte attivitĂ lavorative occorre che lâaria degli ambienti di produzione soddisfi sia i requisiti termoigrometrici e di pulizia idonei alla buona riuscita del ciclo di produzione, sia quelli legati al benessere degli operatori.
Quando ciò viene realizzato si dice che lâinstallazione è a contaminazione controllata.
Quali siano i contaminanti da controllare è strettamente dipendente dal processo produttivo. Per esempio se viene lavorata una polvere igroscopica, lâimpianto di condizionamento dovrĂ garantire un valore limite per lâumiditĂ specifica ambientale, valore che sarĂ funzione del tempo di esposizione del prodotto e del valore massimo di acqua che esso può assorbire pur rimanendo accettabile dal punto di vista qualitativo.
Se è invece necessario mantenere delle condizioni interne di accettabile polverositĂ dellâaria, è intuitivo pensare che lâimpianto di ventilazione debba essere dotato di adeguati sistemi di filtrazione, atti a garantire almeno la pulizia dellâaria in ingresso negli ambienti. Vedremo che questa condizione è necessaria, ma non è generalmente sufficiente. Il termine âaccettabile polverositĂ â non deve trarre in inganno, in quanto in moltissimi campi dellâattivitĂ produttiva, di ricerca o in generale a elevata tecnologia, ciò può comportare contenuti di contaminanti particellari in aria talmente bassi da necessitare di sensibilissimi strumenti per la loro misura.
Ă altresĂŹ evidente che i contaminanti da limitare e controllare non possono essere solo quelli menzionati, ma possono comprendere tutti quei gas o vapori che sono presenti perchĂŠ utilizzati nellâattivitĂ produttiva (solventi, gas di anestesia ecc.) o perchĂŠ introdotti con lâaria esterna ma che possono arrecare un danno al prodotto, allâoperatore o alle attrezzature.
Da un punto di vista fisico essi possono essere suddivisi in:
â˘particelle (solide o liquide);
â˘gas o vapori.
In funzione della tipologia del danno che possono determinare, i contaminanti si possono ulteriormente suddividere in:
â˘inerti;
â˘biologicamente attivi;
â˘chimicamente attivi;
â˘radioattivi.
à opportuno considerare come i problemi che il particolato aerotrasportato può creare dipendono sia dalla natura della particella sia dal bersaglio, ovvero che non esiste in generale un contaminante a priori avulso dal bersaglio che può danneggiare. Per esempio, in campo elettronico qualsiasi particella, indipendentemente dalla sua natura, cadendo su di un microcircuito altererà le condizioni locali di resistività elettrica e potrà creare un danneggiamento (corto circuito).
Alcuni esempi presi dallâindustria elettronica sono indicati nella figura 1.1.
In campo farmaceutico molti prodotti sono costituiti con principi ad alta attivitĂ quali ormoni, antibiotici o antitumorali citotossici. Tutte sostanze in grado di dare reazioni allergiche, sensibilizzazioni o assuefazioni. In altri casi il particolato può contenere veleni chimici veri e propri, tossine o prodotti per terapia cellulare. In questi casi sarĂ necessario proteggere sia gli operatori sia i prodotti, oltre allâambiente esterno.
Esiste, però, una categoria di particelle, frazione delle totali presenti in aria, assai importante per tutti quei processi che richiedono condizioni di controllo della contaminazione biologica. Sono le cosiddette Unità Formanti Colonia (UFC), che possono essere semplici spore o particelle ospitanti un microrganismo. Nella letteratura anglosassone sono indicate con il termine Colony Forming Units (CFU).
Queste particelle, se finiscono su un adeguato bersaglio, possono originare una colonia e quindi infettare una ferita o contaminare un prodotto sterile o una coltura selezionata di batteri o cellule. Cadendo, invece, su di un substrato non idoneo non daranno luogo a una colonia e si comporteranno a tutti gli effetti come un non contaminante biologico. Ă da tener presente che, a eccezione delle spore, i microrganismi, virus compresi, non sopravvivono in aria se non ancorati a un supporto che ne permetta la sopravvivenza. Esempi tipici di queste particelle sono le microgocce di saliva (droplet), le squame della pelle, i peli, gli aerosol di plasma, sangue, acqua, olio ecc. Per conseguenza le UFC avranno dimensioni mediamente piĂš grandi dei microrganismi trasportati, ma il loro comportamento in aria sarĂ del tutto simile a quello delle particelle inerti.
Conseguenza importante è che il controllo del particolato totale aerotrasportato si traduce anche nel controllo dei microrganismi presenti nellâaria e questo spiega lâampia diffusione di questi impianti nellâindustria farmaceutica, alimentare o, piĂš in generale, in campo biologico. Giova ricordare che una delle massime fonti di inquinamento biologico è sicuramente rappresentata dagli operatori. Per diminuirne lâimpatto entro limiti definiti si ricorre a una serie di tecniche che vanno dalla regolamentazione delle azioni da svolgere al tipo di vestiario da indossare, fino al controllo dello stato di salute. Considerando che lo sforzo fisico aumenta notevolmente lâemissione di UFC da parte degli operatori, è giocoforza necessario che negli ambienti di lavoro vengano mantenute condizioni termiche idonee e costanti con un attento controllo dellâumiditĂ , visto lâimpatto che questa determina sulla sudorazione.
Oltre alle emissioni dellâoperatore e del processo, in unâinstallazione vi possono essere molte altre sorgenti di contaminanti che vanno dalle emissioni delle superfici interne, delle attrezzature, delle forniture e dei materiali necessari alla produzione, fino allâinfiltrazione di aria esterna che può penetrare nelle zone di processo. In unâinstallazione a contaminazione controllata tutto questo deve essere tenuto sotto controllo affinchĂŠ le condizioni di âaccettabileâ contaminazione vengano mantenute.
Storicamente un ambiente nel quale il particolato aerotrasportato è mantenuto al di sotto di limiti specificati viene definito con il termine camera bianca o, con dizione anglosassone cleanroom. Sono, per esempio, delle camere bianche i reparti per la produzione in sterile dellâindustria farmaceutica.
Il termine ben presto passò a indicare non solo la semplice camera bianca, ovvero il singolo ambiente controllato, ma anche lâinsieme degli impianti connessi atti a garantire i parametri ambientali ritenuti rilevanti per il controllo della contaminazione (F.S. 209C-ISO14644.1). Tali parametri, oltre al pulviscolo aerotrasportato, potevano essere la pressione, la portata di aria immessa, la temperatura, lâumiditĂ e cosĂŹ via. Alla fine del secolo scorso è stato poi introdotto il concetto, tutto italiano, di impianto per il controllo della contaminazione:
VCCC = Ventilazione, Condizionamento, Controllo della Contaminazione
Esiste una differenza che è bene evidenziare tra lo storico concetto di cleanroom e impianto VCCC. Difatti mentre è possibile costruire una cleanroom partendo dalle sole specifiche ambientali facendo astrazione dal processo produttivo, ciò non è generalmente vero per lâimpianto VCCC che, per la sua progettazione e realizzazione, necessita della conoscenza del processo produttivo in quanto ne diventa parte integrante come interfaccia tra prodotto, ...