Introdução

Este documento trata de diversos fundamentos da contagem de partículas. Ele começa apresentando exemplos de indústrias que atualmente usam contadores de partículas e sugere como eles podem ser usados em outras áreas. Também são discutidas aqui as vantagens do uso de um contador óptico de partículas e as considerações sobre volume de amostras e precisão.

Vantagens do monitoramento

A razão óbvia para o monitoramento de fluidos usados na produção de produtos é reduzir de alguma forma os custos e melhorar o rendimento. Em muitos casos, os métodos para realizar isso são diretos, mesmo assim, algumas indústrias optam predominantemente por métodos que exigem trabalho intensivo ou esperam até o produto ter sido completamente embalado antes de executar uma análise de controle de qualidade final de limpeza.

Aprendendo com a indústria

Muito pode ser aprendido com a pesquisa das melhores práticas usadas em outras indústrias que dependem da produção limpa. Por exemplo, os fabricantes de semicondutores aprenderam há muitos anos que poderia haver uma economia significante na manufatura com o uso de contadores de partículas para determinar a freqüência da substituição dos filtros. Inevitavelmente, a especificação de queda de pressão foi definida significantemente de forma conservadora por causa do extremo risco de erros.

Entretanto, usando-se uma combinação adequada de contadores de partículas e outros monitores eletrônicos para obter uma imagem real da qualidade do fluido, descobriu-se que o prazo de substituição dos filtros poderia ser duas ou três vezes maior do que da freqüência original. Por causa do custo dos filtros, o retorno do investimento em equipamentos de monitoramento pode ser de um ano. Atualmente, a indústria farmacêutica continua a usar o método de perda de filtro nas suas substituições e prefere inspecionar a qualidade no sistema exatamente antes do embarque do produto.

Empresas de armazenamento de dados têm sido conduzidas a concorrer com margens de um único dígito, embora produzir o máximo aumente a capacidade de memória. No processo, eles forçaram o desenvolvimento de sistemas de limpeza continuamente filtrados com recirculação relativamente baratos e que garantem que os componentes que estão em uma unidade de disco tenham apenas poucas partículas por centímetro quadrado maiores do que 0,2 mícron. Em muitos casos, a limpeza é automatizada e faz parte da ferramenta de limpeza. A indústria automotiva continua a usar banhos estagnados de limpeza em muitos casos. Algumas relatam que a limpeza é fútil porque as peças se contaminam mais depois de sair do banho de limpeza do que antes de entrarem nele. A garantia de qualidade se estabelece por inspeção visual ou análise gravimétrica do resíduo removido de uma peça por extração de pulverizador e coleta em filtro adesivo.

Quando se considera as vantagens de trocar para o monitoramento automatizado de partículas, deve-se pensar além do custo inicial no equipamento e avaliar todas as formas nas quais o instrumento pode ser usado para economizar dinheiro. Há anos, uma grande fábrica de semicondutores adquiriu diversos classificadores de cargas de compressão. Eles foram fornecidos a duas áreas de sala limpa diferentes controladas por gerentes diferentes. Um gerente usou o classificador quase exclusivamente para otimizar a escolha dos filtros de cada processo. O outro gerente integrou o classificador ao equipamento de processo e monitorou os distúrbios de todos os processos. Os dois relataram que os equipamentos se pagaram em seis meses. As informações obtidas foram compartilhadas por toda a empresa e permitiram que eles economizassem uma grande quantia de dinheiro anteriormente desperdiçado.

Figura 2: Classificador de compressão - Download do pdf das tabelas e figuras

Fundamentos das medições

Um pergunta que freqüentemente surge é "Como contadores ópticos de partículas se comparam a outros métodos?" A resposta é, "depende". Considere, por exemplo, as muitas formas diferentes de medir uma partícula visualmente. As partículas que ocorrem mais naturalmente são de formas irregulares, então, como você pode classificar o tamanho?

Em relação à Figura 3, é a dimensão maior? A maior dimensão em um eixo? Talvez deva ser a área equivalente? Quando se examina a maioria das partículas, cada um desses métodos diferentes produzirá uma resposta ligeiramente diferente. Os contadores ópticos de partículas operam em um entre dois fundamentos: ou medem a quantidade de luz obstruída pela partícula quando ela passa por uma fonte de luz direcional de densidade energética conhecida (obscurecimento de luz) ou medem a quantidade de luz que se dispersa a partir da fonte de luz direcional (dispersão de luz). O resultado se compara à quantidade de luz (obscura ou dispersa respectivamente) de uma partícula de calibragem de tamanho e forma conhecidos, geralmente esferas de látex de poliestireno. Em outras palavras, um contador óptico de partículas indicará partículas naturais com o diâmetro óptico equivalente a uma esfera de látex de poliestireno suspensa na água.

Figura 3: Dimensionando o tamanho de partículas

Embora isso possa, mais uma vez, resultar em uma pequena diferença na medição obtida por outros métodos, a repetição dessa medição é altamente confiável. Some isso à facilidade relativa de uso e à menor intensidade de trabalho, e as vantagens serão geralmente consideradas como significantes.

Há algumas considerações que devem ser feitas na implementação de um programa de monitoramento que usa contadores ópticos de partículas. Quando o monitoramento for em linha, deverá ser tomado cuidado para eliminar todas as fontes de emissão de partículas do contador de partículas. As válvulas usadas para isolar o contador óptico de partículas, quando não usadas em uma localização determinada, devem estar abertas 100% durante o monitoramento. O controle de fluxo deve ser obtido a jusante do contador óptico de partículas.

Válvulas parcialmente abertas influenciam na contagem de partículas de duas formas:

Primeiro, elas retêm e liberam partículas continuamente por um tempo, causando o aparecimento de elevadas contagens de partículas. A maioria das válvulas apresentam maior área de superfície para o fluxo quando apenas parcialmente abertas. Ondas de pressão causadas pela operação de outras válvulas no sistema liberarão mais partículas a partir da maior área de superfície.

Além disso, dependendo da extensão na qual a válvula foi aberta, poderá acontecer uma queda de pressão que causará a formação de bolhas na amostra do fluxo. Os contadores ópticos de partículas não podem geralmente distinguir uma bolha de uma partícula, então, os dados apresentarão mais partículas do que verdadeiramente têm.

Quando executar operações de séries de amostras, é importante ter tempo suficiente para o dispositivo de amostragem ser limpo. A operação adequada do equipamento é essencial. Seguir as recomendações do fabricante geralmente garantirá um teste rápido e simples com esse tipo de equipamento.

Volume de amostra X Precisão

Quando se seleciona um contador de partículas, o valor total de partículas contadas por unidade de tempo não pode ser enfatizado o suficiente. A Particle Measuring Systems escreveu vários documentos que discutem por que a significância estatística é importante, por isso, este documento não repetirá essas razões. Em geral, deve se saber que como os contadores de partículas se aproximam dos limites de tecnologia, o volume de líquido avaliado pelo instrumento será menor do que 100% da velocidade de fluxo. Alguns fabricantes de contadores de partículas não publicam essa diferença nas suas especificações, por isso, é importante perguntar, "Qual é o volume da amostra?"

Figura 4: Contadores de partículas com alta precisão e alta velocidade de fluxo

Se a aplicação em questão exigir alta precisão (capacidade de detectar partículas muito pequenas) em um fluido muito limpo, você deve estimar o tempo necessário para contar um número mínimo de partículas. Em muitas aplicações ultrapuras, esse tempo poder ser diversas horas. Infelizmente, um intervalo de amostra dessa amplitude não permitirá que o operador detecte distúrbios temporários de curta duração. Se a capacidade de detectar esses distúrbios for importante, deverá ser considerado abrir mão da precisão em prol de um contador de partículas com maior volume de amostras. Deve ser fácil entender que distúrbios de processos não gerarão apenas partículas de um único tamanho, mas um aumento de partículas de todos tamanhos proporcionalmente. Portanto, um contador de partículas menos preciso poderá detectar o distúrbio e informá-lo quando acontecer, porque pode ser definido em um intervalo de amostra de apenas poucos minutos.

Conclusão

Contadores ópticos de partículas são usados em muitas indústrias. Entretanto, não são aproveitadas eficazmente todas as suas vantagens em todos os lugares. Criar parâmetros nas indústrias pode ajudar muitas empresas de produção que acabam de optar por um ambiente de produção ultralimpo a se desenvolverem significantemente.

Embora existam diferenças entre os contadores ópticos de partículas e as técnicas visuais de medida, elas não são significantes, e a natureza altamente repetitiva dos contadores ópticos de partículas os tornam a ferramenta preferida dos operadores.

Por fim, deve-se levar em conta o número de partículas no intervalo de amostra desejado. Se esse número não for suficiente para a significação estatística, a melhor opção é geralmente um contador de partículas menos preciso com volume de amostra maior.

Autor

Dwight Beal
Particle Measuring Systems
Dwight Beal é Gerente de linha de produção da Particle Measuring Systems. Ele está há mais de 25 anos no campo de contagem de partículas nas áreas de aplicações na engenharia e serviços.

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