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Princípios do fluxo de ar em salas limpas: fluxo laminar e turbulento

1960
Sistemas de fluxo de ar para salas limpas que demonstram os princípios de fluxo laminar e turbulento em aplicações de semicondutores.

(Imagem gerada apenas para fins ilustrativos)

As salas limpas utilizam dois princípios principais de fluxo de ar para controlar a contaminação. O fluxo turbulento (ou não unidirecional) envolve correntes de ar misturadas, adequadas para classes menos rigorosas (ISO 6-9). O fluxo laminar (ou unidirecional) utiliza correntes de ar paralelas e de velocidade constante para remover partículas do ambiente, essencial para aplicações de alta pureza como ISO 1-5, prevenindo a contaminação cruzada e garantindo a rápida remoção de partículas.

The choice between turbulent and laminar airflow is a fundamental design decision in cleanroom engineering, driven by the required cleanliness level and cost constraints. Turbulent flow rooms, the more conventional design, supply HEPA-filtered air from ceiling-mounted diffusers. The air enters the room, mixes with the existing air, and removes contaminants as it exits through low-level exhausts. While effective for many applications, the random air currents can create eddies where particles may linger or settle.

In contrast, laminar flow, also known as unidirectional flow, creates a predictable, uniform movement of air. In a vertical laminar flow room, the entire ceiling is composed of HEPA or ULPA filters, and the air travels straight down to a perforated raised floor, acting like a massive, slow-moving piston that pushes particles out. This design provides the highest level of air cleanliness by minimizing the time a particle can remain airborne and preventing lateral movement of contaminants. Horizontal laminar flow systems are also used, where air moves from a filtered wall to an exhaust wall. While significantly more expensive to build and operate due to the large filter area and high air-change rates, laminar flow is non-negotiable for processes like microchip fabrication where a single sub-micron particle can destroy a device.

UNESCO Nomenclature: 2210
Mecânica

Tipo

Dispositivo físico

Interrupção

Revolucionário

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • principles of fluid dynamics (Bernoulli’s principle, Reynolds number)
  • desenvolvimento da tecnologia de filtragem HEPA
  • A invenção da sala limpa moderna por Willis Whitfield
  • compreensão dos mecanismos de transporte de partículas em suspensão no ar

Aplicações

  • baías de fotolitografia de semicondutores
  • Linhas de envase estéril na produção farmacêutica
  • salas de cirurgia para procedimentos delicados
  • instalações de montagem e integração de satélites
  • cabines de segurança biológica

Patentes:

  • US3158457A

Ideias de Inovação Potencial

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Relacionado a: fluxo laminar, fluxo turbulento, fluxo de ar unidirecional, controle de contaminação, projeto de salas limpas, dinâmica de fluidos, filtro HEPA, remoção de partículas.

Contexto histórico

Princípios do fluxo de ar em salas limpas: fluxo laminar e turbulento

1959-11
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(Caso a data seja desconhecida ou irrelevante, por exemplo, "mecânica dos fluidos", é fornecida uma estimativa aproximada de seu surgimento notável)

Princípios relacionados à invenção, inovação e tecnologia

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