Mișcarea aerului laminar. Flux de aer laminar și turbulent

Studiul proprietăților fluxurilor de lichide și gaze este foarte important pentru industrie și utilități. Fluxul laminar și turbulent afectează viteza de transport a apei, petrolului, gazului natural prin conducte în diverse scopuri și afectează alți parametri. Știința hidrodinamicii tratează aceste probleme.

Clasificare

În mediul științific, regimurile de fluid și de gaze sunt împărțite în două clase complet diferite:

• laminar (jet);
• turbulent.

De asemenea, se distinge o etapă de tranziție. Apropo, termenul „lichid” are o semnificație largă: poate fi incompresibil (acesta este de fapt un lichid), comprimabil (gaz), conductor, etc.

Istoricul problemei

Chiar și Mendeleev din 1880 a propus ideea existenței a două regimuri de flux opus. Fizicianul și inginerul britanic Osborne Reynolds a studiat această problemă mai detaliat, completându-și cercetările în 1883. La început practic și apoi folosind formule, el a descoperit că la o viteză scăzută a fluxului, mișcarea fluidelor capătă o formă laminară: straturile (fluxurile de particule) se amestecă cu greu și se mișcă de-a lungul traiectoriilor paralele. Cu toate acestea, după ce a depășit o anumită valoare critică (pentru diferite condiții este diferită), numită numărul Reynolds, regimurile fluxului de fluid se schimbă: fluxul de jet devine haotic, vortex - adică turbulent. După cum s-a dovedit, acești parametri sunt, de asemenea, caracteristici gazelor într-o anumită măsură.

Calculele practice ale omului de știință englez au arătat că comportamentul, de exemplu, al apei, depinde puternic de forma și dimensiunea rezervorului (conductă, canal, capilar etc.) prin care curge. În conductele cu secțiune circulară (sunt utilizate pentru instalarea conductelor sub presiune), numărul lor Reynolds - formula este descrisă astfel: Re \u003d 2300. Pentru un flux într-un canal deschis, altul: Re \u003d 900. La valori mai mici ale lui Re, fluxul va fi ordonat, la valori mari - haotic ...

Flux laminar

Diferența dintre debitul laminar și fluxul turbulent este în natura și direcția fluxurilor de apă (gaz). Se mișcă în straturi fără amestecare și fără puls. Cu alte cuvinte, mișcarea rulează uniform, fără sărituri neregulate în presiune, direcție și viteză.

Fluxul laminar al unui lichid este format, de exemplu, în creaturi vii înguste, capilarele plantelor și, în condiții comparabile, în timpul fluxului de lichide foarte vâscoase (ulei de combustibil printr-o conductă). Pentru a vedea clar fluxul de jet, este suficient să deschideți ușor robinetul de apă - apa va curge calm, uniform, fără a se amesteca. Dacă robinetul este oprit complet, presiunea din sistem va crește și debitul va deveni haotic.

Curgere turbulentă

Spre deosebire de laminar, în care particulele din apropiere se mișcă de-a lungul traiectoriilor practic paralele, fluxul turbulent al lichidului este dezordonat. Dacă folosim abordarea Lagrange, atunci traiectoriile particulelor se pot intersecta în mod arbitrar și se pot comporta destul de imprevizibil. Mișcările lichidelor și gazelor în aceste condiții sunt întotdeauna nesigure, iar parametrii acestor instabilități pot avea o gamă foarte largă.

Modul în care regimul laminar al fluxului de gaze se transformă într-unul turbulent poate fi urmărit prin exemplul unui fum de fum dintr-o țigară care arde în aerul liniștit. La început, particulele se mișcă aproape paralel de-a lungul unor traiectorii care nu se schimbă în timp. Fumul pare nemișcat. Apoi, într-un anumit loc, apar brusc vortice mari, care se mișcă complet haotic. Aceste vortice se descompun în altele mai mici, acelea - în altele chiar mai mici și așa mai departe. În cele din urmă, fumul se amestecă practic cu aerul din jur.

Cicluri de turbulență

Exemplul de mai sus este un manual, iar din observația sa, oamenii de știință au făcut următoarele concluzii:

1. Fluxurile laminare și turbulente au un caracter probabilistic: trecerea de la un regim la altul se produce nu într-un loc specificat, ci într-un loc destul de arbitrar, aleatoriu.
2. Mai întâi apar vârtejuri mari, a căror mărime este mai mare decât dimensiunea plumei de fum. Mișcarea devine nesigură și puternic anisotropă. Curentele mari pierd stabilitatea și se împart în altele mai mici și mai mici. Astfel, apare o întreagă ierarhie de vortice. Energia mișcării lor este transferată de la mare la mic, iar la sfârșitul acestui proces dispare - disiparea de energie are loc la scări mici.
3. Regimul turbulent al fluxului este de natură aleatorie: acest sau acel vortex poate fi într-un loc complet arbitrar, imprevizibil.
4. Amestecul de fum cu aerul ambiental practic nu are loc în modul laminar, iar în regim turbulent este foarte intens.
5. În ciuda faptului că condițiile de delimitare sunt staționare, turbulența în sine are un caracter pronunțat nesigur - toți parametrii dinamici ai gazelor se schimbă în timp.

Există o proprietate mai importantă a turbulenței: ea este întotdeauna tridimensională. Chiar dacă luăm în considerare un flux unidimensional într-o conductă sau un strat limită bidimensional, mișcarea vârfurilor turbulente are loc tot pe direcțiile tuturor celor trei axe de coordonate.

Numărul lui Reynolds: formula

Trecerea de la laminaritate la turbulență este caracterizată de așa-numitul număr Reynolds critic:

Re cr \u003d (ρuL / µ) cr,

unde ρ este densitatea debitului, u este debitul caracteristic; L este dimensiunea caracteristică a debitului, µ este coeficientul cr este debitul printr-o conductă cu secțiune transversală circulară.

De exemplu, pentru un debit cu viteza u într-o conductă, Osborne Reynolds este utilizat ca L; el a arătat că în acest caz 2300

Un rezultat similar se obține în stratul limită de pe placă. Distanța de la marginea de frunte a plăcii este luată ca mărime caracteristică, apoi: 3 × 10 5

Conceptul de perturbare a vitezei

Fluxul de lichid laminar și turbulent și, în consecință, valoarea critică a numărului Reynolds (Re) depinde de un număr mai mare de factori: de gradientul de presiune, de înălțimea denivelărilor de rugozitate, de intensitatea turbulenței în fluxul extern, de diferența de temperatură etc. deoarece acestea au un anumit efect asupra debitului. Dacă această perturbare este mică, poate fi stinsă prin forțe vâscoase care se străduiesc să egalizeze câmpul de viteză. La tulburări mari, fluxul poate deveni instabil și apare turbulența.

Având în vedere că sensul fizic al numărului Reynolds este raportul dintre forțele inerțiale și forțele de vâscozitate, perturbarea fluxurilor intră sub acțiunea formulei:

Re \u003d ρuL / µ \u003d ρu 2 / (µ × (u / L)).

Numerotătorul conține viteza dublată a vitezei, iar numitorul este o valoare a ordinii tensiunii de frecare, dacă grosimea stratului de delimitare este luată ca L. Presiunea de mare viteză tinde să distrugă echilibrul, dar ei se opun. Cu toate acestea, nu este clar de ce (sau capul de viteză) duc la modificări doar atunci când acestea sunt de 1000 de ori mai mari decât forțele de vâscozitate.

Calcule și fapte

Probabil ar fi mai convenabil să se utilizeze ca viteză caracteristică în Re cr nu viteza absolută a fluxului u, ci perturbarea vitezei. În acest caz, numărul critic al lui Reynolds va fi de aproximativ 10, adică atunci când perturbarea capului de viteză asupra tensiunilor vâscoase este de 5 ori mai mare, fluxul laminar al fluidului curge în cel turbulent. Această definiție a lui Re, potrivit mai multor oameni de știință, explică bine următoarele fapte confirmate experimental.

Pentru un profil de viteză ideal uniform pe o suprafață ideal netedă, Re-ul determinat în mod tradițional tinde spre infinit, adică practic nu există o tranziție la turbulență. Numărul lui Reynolds, determinat de mărimea perturbației vitezei, este mai mic decât cel critic, care este 10.

În prezența turbulatoarelor artificiale care provoacă o explozie de viteză comparabilă cu viteza principală, debitul devine turbulent la numere de Reynolds mult mai mici decât Re cr, determinate din valoarea absolută a vitezei. Acest lucru face posibilă utilizarea coeficientului Re cr \u003d 10, unde valoarea absolută a perturbației vitezei cauzată de motivele de mai sus este utilizată ca viteză caracteristică.

Stabilitatea unui regim de flux laminar într-o conductă

Fluxul laminar și turbulent este caracteristic tuturor tipurilor de lichide și gaze în diferite condiții. În natură, fluxurile laminare sunt rare și sunt tipice, de exemplu, pentru fluxurile subterane înguste în condiții plane. Oamenii de știință sunt mult mai preocupați de această problemă în contextul aplicării practice pentru transportul de apă, petrol, gaze și alte lichide tehnice prin conducte.

Problema stabilității unui flux laminar este strâns legată de studiul mișcării perturbate a fluxului principal. S-a stabilit că este supusă influenței așa-numitelor mici perturbații. În funcție de faptul că se estompează sau cresc, în timp, curentul principal este considerat stabil sau instabil.

Flux de lichid comprimabil și necompresibil

Unul dintre factorii care influențează fluxul laminar și turbulent al unui fluid este compresibilitatea acestuia. Această proprietate a unui fluid este deosebit de importantă atunci când studiem stabilitatea proceselor instabile cu o schimbare rapidă a fluxului principal.

Studiile arată că fluxul laminar al unui fluid incompresibil în tuburi cilindrice este rezistent la tulburări aximetrice și non-aximetrice relativ mici în timp și spațiu.

Recent, s-au efectuat calcule asupra influenței perturbațiilor aximetrice asupra stabilității fluxului în intrarea unui tub cilindric, unde debitul principal depinde de două coordonate. În acest caz, coordonata de-a lungul axei conductei este considerată ca un parametru de care depinde profilul de viteză de-a lungul razei conductei fluxului principal.

producție

În ciuda secolelor de studiu, nu se poate spune că atât fluxurile laminare, cât și cele turbulente au fost studiate în detaliu. Studiile experimentale la nivel micro ridică noi întrebări care necesită o justificare justificată a calculului. Natura cercetării este, de asemenea, un beneficiu aplicat: mii de kilometri de conducte de apă, petrol, gaze și produse au fost puse pe lume. Cu cât sunt introduse soluții tehnice pentru a reduce turbulențele în timpul transportului, cu atât va fi mai eficient.

Descriere:

Sălile de operație sunt una dintre cele mai critice verigi din structura unei clădiri a spitalului din punct de vedere al importanței procesului chirurgical, precum și asigură condițiile speciale de microclimat necesare implementării și finalizării sale de succes. Aici, sursa de eliberare a particulelor bacteriene este în principal personalul medical, care este capabil să genereze particule și microorganisme excrete atunci când se deplasează în cameră.

Sali de operare spital
Controlul fluxului de aer

În ultimele decenii, în țara noastră și în străinătate, s-a înregistrat o creștere a bolilor purulente-inflamatorii cauzate de infecții, care, conform definiției Organizației Mondiale a Sănătății (OMS), se numesc de obicei infecții nosocomiale (NOS). Analiza bolilor cauzate de infecțiile nosocomiale arată că frecvența și durata lor sunt în proporție directă cu starea mediului aerian în spațiile din spital. Pentru a asigura parametrii de microclimat necesari în sălile de operație (și în camerele curate industriale), se utilizează difuzoare unidirecționale de aer. Rezultatele monitorizării aerului și analizei mișcării fluxului de aer au arătat că funcționarea acestor distribuitori asigură parametrii de microclimat necesari, dar adesea agravează puritatea bacteriologică a aerului. Pentru a proteja zona critică, este necesar ca fluxul de aer care iese din dispozitiv să rămână drept și să nu piardă forma limitelor sale, adică debitul să nu se extindă sau să se îngusteze peste zona protejată unde se află chirurgia

Sălile de operație sunt una dintre cele mai critice verigi din structura unei clădiri a spitalului din punct de vedere al importanței procesului chirurgical, precum și asigură condițiile speciale de microclimat necesare implementării și finalizării sale de succes. Aici, sursa de eliberare a particulelor bacteriene este în principal personalul medical, care este capabil să genereze particule și microorganisme excrete atunci când se deplasează în cameră. Viteza particulelor care intră în aerul din cameră depinde de gradul de mobilitate al oamenilor, temperatura și viteza aerului din încăpere. VBI are tendința de a se deplasa în sala de operație cu fluxuri de aer și există întotdeauna riscul pătrunderii sale în cavitatea plăgii neprotejate a pacientului operat. Din observații este evident că sistemele de ventilație organizate în mod necorespunzător duc la acumularea intensivă a infecției până la niveluri care depășesc cele admise.

De câteva decenii, specialiști din diferite țări dezvoltă soluții de sistem pentru a asigura condițiile de aer ale sălilor de operație. Fluxul de aer furnizat camerei nu trebuie doar să asimileze diverse pericole (căldură, umiditate, mirosuri, substanțe nocive), trebuie să mențină parametrii de microclimat necesari, ci să asigure și protecția zonelor strict stabilite de infecții, adică curățenia necesară a aerului din interior. Zona în care se efectuează intervenții invazive (pătrunderea în corpul uman) poate fi denumită zona de operare sau „critică”. Standardul definește o astfel de zonă ca o „zonă de protecție sanitară de funcționare” și înseamnă prin aceasta spațiul în care se află masa de operare, mesele auxiliare pentru instrumente și materiale, echipamente și personal medical din îmbrăcăminte sterilă. Există conceptul de „nucleu tehnologic”, referindu-se la aria proceselor de producție în condiții sterile, care în termeni de semnificație poate fi corelat cu zona de operare.

Pentru a preveni pătrunderea contaminanților de natură bacteriană în zonele cele mai critice, metodele de screening prin utilizarea aerului de deplasare au devenit utilizate pe scară largă. Au fost create difuzoare de aer laminar de diferite modele, ulterior termenul „laminar” a fost schimbat în flux „unidirecțional”. În zilele noastre, puteți găsi o mare varietate de nume pentru dispozitivele de distribuție a aerului în camere curate, cum ar fi „laminar”, „tavan laminar”, „tavan de operare”, „sistem de operare cu aer curat” etc., care nu le schimbă esența. Difuzorul de aer este încorporat în structura tavanului deasupra zonei de protecție a camerei și poate fi de diferite dimensiuni în funcție de debitul de aer. Suprafața optimă recomandată pentru un astfel de plafon ar trebui să fie de cel puțin 9 m 2 pentru a suprapune complet zona de operare cu mese, echipamente și personal. Deplasarea fluxului de aer la viteze mici intră de sus în jos ca o perdea, tăind atât câmpul aseptic al zonei de intervenție chirurgicală, cât și zona de transfer a materialului steril din mediu. Aerul este îndepărtat simultan din zonele inferioare și superioare ale încăperii. Filtrele HEPA (clasa H po) sunt încorporate în structura tavanului, prin care trece aerul de alimentare. Filtrele păstrează, dar nu dezinfectează particulele vii.

În prezent, în toată lumea, se acordă multă atenție problemelor dezinfectării aerului în spitale și alte instituții, unde există surse de contaminare bacteriană. Documentele conțin cerințe privind necesitatea dezinfectării aerului din sălile de operație cu o eficiență de inactivare a particulelor de cel puțin 95%, precum și conducte de aer și echipamente pentru sisteme climatice. Particulele bacteriene eliberate de personalul chirurgical intră continuu în aerul din cameră și se acumulează în el. Pentru a vă asigura că concentrația particulelor din aerul interior nu atinge nivelurile maxime admise, este necesară monitorizarea aerului. Un astfel de control trebuie efectuat după instalarea sistemelor climatice, întreținere sau reparație, adică în modul unei camere curate operate.

Utilizarea difuzoarelor unidirecționale de aer în sălile de operare cu filtre ultrafinice de tip plafon încorporate a devenit o obișnuire pentru designeri. Fluxurile de aer de volume mari coboară în spații cu viteză mică, reducând zona protejată de mediu. Cu toate acestea, mulți experți nu bănuiesc că aceste soluții nu sunt suficiente pentru a menține nivelul adecvat de decontaminare a aerului în timpul operației.

Cert este că există multe modele de dispozitive de distribuție a aerului, fiecare având propriul său domeniu de aplicare. Camerele curate ale sălilor de operații din clasa „curată” sunt împărțite în clase în funcție de gradul de curățenie, în funcție de scop. De exemplu, săli de operație cu profil chirurgical general, cardiurg sau ortopedic, etc. Fiecare caz specific are propriile cerințe pentru a asigura curățenia.

Primele exemple de aplicație pentru difuzoarele de aer curat din cameră au apărut la mijlocul anilor '50. De atunci, a devenit tradițional să se distribuie aerul în încăperile curate, în cazurile în care este necesar să se asigure concentrații mici de particule sau microorganisme, pentru a se produce printr-un tavan perforat. Fluxul de aer se deplasează pe întregul volum al încăperii într-o direcție la o viteză uniformă, de obicei 0,3–0,5 m / s. Aerul este furnizat printr-un grup de filtre de aer de înaltă eficiență amplasate pe tavanul camerei curate. Alimentarea cu aer este organizată conform principiului unui piston de aer care se deplasează în jos prin întreaga cameră, eliminând în același timp contaminarea. Aerul este scos prin podea. Acest tip de mișcare a aerului ajută la eliminarea contaminanților aerosoli, ale căror surse sunt personal și procese. O astfel de organizare a ventilației are ca scop asigurarea curățeniei aerului din încăpere, dar necesită un consum mare de aer și, prin urmare, este neeconomic. Pentru camerele curate de clasa 1000 sau clasa ISO 6 (conform clasificării ISO), schimbul de aer poate fi de la 70 la 160 de ori / h.

În viitor, au apărut dispozitive de tip modular mai raționale, cu dimensiuni mult mai mici, cu costuri reduse, ceea ce a făcut posibilă alegerea dispozitivului de alimentare în funcție de dimensiunea zonei protejate și de ratele de schimb de aer necesare în cameră, în funcție de scopul camerei.

Analiza funcționării distribuitorilor de aer laminar

Dispozitivele laminare sunt utilizate în încăperile curate și servesc la distribuirea volumelor mari de aer, asigurând prezența tavanelor special concepute, hote de podea și reglarea presiunii în cameră. În aceste condiții, distribuitorilor de flux laminar sunt garantate să asigure debitul unidirecțional necesar cu linii de flux paralele. Rata ridicată de schimb de aer contribuie la menținerea condițiilor apropiate de izotermă în fluxul de aer de alimentare. Plafoanele proiectate pentru distribuția aerului la schimburi mari de aer, datorită ariei lor mari, asigură un debit de aer inițial scăzut. Sistemele de evacuare la nivelul podelei și controlul presiunii în aer din cameră reduc la minimum zonele de recirculare, iar principiul „un singur culoar, o singură ieșire” funcționează cu ușurință. Particulele suspendate sunt presate pe podea și îndepărtate, astfel încât există riscul mic de recirculare.

Cu toate acestea, atunci când astfel de distribuitori de aer operează în sala de operații, situația se schimbă semnificativ. Pentru a menține nivelurile permise de puritate bacteriologică a aerului în sălile de operare, valorile de schimb de aer calculate sunt de obicei de 25 de ori / h sau chiar mai puțin, adică nu sunt comparabile cu valorile pentru spațiile industriale. Pentru a menține un flux de aer stabil între sala de operație și încăperile adiacente, se menține de obicei suprapresiune. Înlăturarea aerului se realizează prin dispozitive de evacuare, instalate simetric în pereții zonei inferioare a încăperii. Pentru distribuirea volumelor mai mici de aer, de regulă, se folosesc dispozitive laminare dintr-o zonă mică, care sunt instalate numai deasupra zonei critice a încăperii, sub forma unei insule din mijlocul camerei, în loc să se folosească întregul tavan.

Observațiile arată că astfel de dispozitive laminare nu vor oferi întotdeauna un flux unidirecțional. Întrucât există aproape întotdeauna o diferență între temperatura din jetul de alimentare și temperatura mediului (5–7 ° C), aerul mai rece care iese din dispozitivul de alimentare coboară mult mai repede decât debitul unidirecțional izoterm. Aceasta este o întâmplare frecventă pentru difuzoarele de tavan utilizate în clădirile publice. Există o concepție greșită comună conform căreia laminarele furnizează un flux de aer stabil, unidirecțional, indiferent unde sau cum sunt utilizate. De fapt, în condiții reale, viteza fluxului laminar vertical de temperatură joasă va crește pe măsură ce se apropie de podea. Cu cât volumul de aer de alimentare este mai mare și temperatura este mai mică în raport cu aerul din încăpere, cu atât este mai mare accelerația fluxului său. Tabelul arată că utilizarea unui sistem laminar cu o suprafață de 3 m 2 cu o scădere a temperaturii de 9 ° C dă o creștere a vitezei aerului de trei ori deja la o distanță de 1,8 m de la începutul căii. Viteza aerului la ieșirea unității de alimentare este de 0,15 m / s, iar la nivelul mesei de operare atinge 0,46 m / s. Această valoare depășește nivelul acceptabil. Multe studii au dovedit mult timp că este imposibil să-și mențină „unidirecționalitatea” la viteze mari ale fluxului de aprovizionare. Analiza controlului aerului în sălile de operație, realizată în special de Salvati (1982) și Lewis (Lewis, 1993), a arătat că, în unele cazuri, utilizarea sistemelor laminare cu viteze mari ale aerului duce la creșterea nivelului de contaminare a aerului în zona inciziei chirurgicale cu riscul ulterior de infecție.

Debitul de aer față de zonă panou laminar și temperatura aerului de alimentare

Consumul de aer, m 3 / (h.m 2) Presiune, Pa Viteza aerului la o distanță de 2 m față de panou, m / s 3 ° C T 6 ° C T 8 ° C T 11 ° C T NC Panou unic 183 2 0,10 0,13 0,15 0,18 <20 366 8 0,18 0,20 0,23 0,28 <20 549 18 0,25 0,31 0,36 0,41 21 732 32 0,33 0,41 0,48 0,53 25 1,5-3,0 m 2 183 2 0,10 0,15 0,15 0,18 <20 366 8 0,18 0,23 0,25 0,31 22 549 18 0,25 0,33 0,41 0,46 26 732 32 0,36 0,46 0,53 - 30 Mai mult de 3 m 2 183 2 0,13 0,15 0,18 0,20 21 366 8 0,20 0,25 0,31 0,33 25 549 18 0,31 0,38 0,46 0,51 29 732 32 0,41 0,51 - - 33

T - diferența dintre temperatura alimentării și aerul ambiant

Când debitul se mișcă, la punctul inițial, liniile de curgere a aerului vor fi paralele, atunci limitele de curgere se vor schimba, restrângându-se spre podea și nu va mai putea proteja zona definită de dimensiunile instalației laminare. La viteze ale aerului de 0,46 m / s, debitul va capta aer inactiv din cameră. Deoarece particulele bacteriene sunt emise constant în cameră, particulele contaminate vor fi amestecate în fluxul de aer care vine de la dispozitivul de alimentare, deoarece sursele de eliberare ale acestora funcționează constant în cameră. Acest lucru este facilitat de recircularea aerului rezultat din presurizarea aerului în cameră. Pentru a menține curățenia sălilor de operație, în conformitate cu standardele, este necesar să se asigure un dezechilibru al aerului prin depășirea cu 10% a intrării deasupra capotei de evacuare. Excesul de aer este mutat în camerele adiacente, mai puțin curate. În condiții moderne, ușile glisante sigilate sunt adesea utilizate în sălile de operații, excesul de aer nu are unde să circule, circulă în jurul camerei și este readus în orificiul de intrare cu ajutorul ventilatoarelor încorporate pentru o curățare suplimentară în filtre și alimentarea secundară în cameră. Aerul care circulă colectează toate particulele contaminate din aerul din cameră și, apropiindu-se de aerul de alimentare, îl poate polua. Din cauza încălcării limitelor de curgere, aerul din spațiul înconjurător este amestecat în el și particule patogene pătrund în zona sterilă, care este considerată a fi protejată.

Mobilitatea ridicată contribuie la detașarea intensivă a particulelor de piele moartă din zonele neprotejate ale pielii personalului medical și la intrarea lor direct în incizia chirurgicală. Pe de altă parte, trebuie remarcat faptul că dezvoltarea bolilor infecțioase în perioada postoperatorie este cauzată de starea hipotermică a pacientului, care crește atunci când este expus curenților de aer rece de mobilitate crescută.

Astfel, un difuzor de aer cu flux laminar, utilizat în mod tradițional și funcționat eficient într-o cameră curată, poate fi în detrimentul operațiunilor într-o sală de operație convențională.

Această conversație este valabilă pentru dispozitivele laminare cu o suprafață medie de aproximativ 3 m 2 - optim pentru protejarea zonei de operare. Conform cerințelor americane, debitul de aer la ieșirea panourilor laminare nu trebuie să depășească 0,15 m / s, adică de la 1 ft 2 (0,09 m 2) din suprafața panoului, 14 l / s de aer trebuie să intre în cameră. În cazul nostru, aceasta va fi de 466 l / s (1677,6 m 3 / h) sau de aproximativ 17 ori / h. În conformitate cu valoarea standard a schimbului de aer în sălile de operații, acesta ar trebui să fie de 20 de ori / oră, de 25 de ori / oră fiecare, deci de 17 ori / oră să fie pe deplin în concordanță cu cerințele. Se pare că valoarea de 20 de ori / h corespunde unei camere cu un volum de 64 m 3.

Conform standardelor de astăzi, suprafața unei săli de operație standard (profil chirurgical general) ar trebui să fie de cel puțin 36 m 2. Și pentru sălile de operații pentru operații mai complexe (cardiologice, ortopedice etc.), cerințele sunt mult mai mari și de multe ori volumul unei astfel de săli de operație poate depăși 135-150 m 3. Sistemul de distribuție a aerului pentru aceste cazuri va necesita o suprafață și o capacitate de aer semnificativ mai mare.

În cazul organizării fluxului de aer în săli de operații mai mari, există o problemă a respectării fluxului laminar de la planul de ieșire la nivelul mesei de operare. În mai multe săli de operații s-au efectuat studii de comportare a fluxului de aer. Panourile laminare au fost instalate în camere diferite, care au fost împărțite pe zone în două grupuri: 1,5-3 m 2 și mai mult de 3 m 3, și au fost instalate unități de aer condiționat experimentale, permițând schimbarea temperaturii aerului de alimentare. Măsurători multiple ale debitului de aer de intrare au fost efectuate la debite diferite și la scăderi de temperatură, ale căror rezultate pot fi observate în tabel.

Criterii de curățenie

Decizii corecte privind organizarea distribuției aerului în sălile de operație: alegerea unei dimensiuni raționale a panourilor de alimentare, asigurând debitul standard și temperatura aerului de alimentare nu garantează dezinfectarea absolută a aerului din încăpere. Problema dezinfectării aerului în sălile de operație a fost ridicată în urmă cu mai bine de 30 de ani, când au fost propuse diverse măsuri anti-epidemiologice. Și acum obiectivul cerințelor documentelor de reglementare moderne pentru proiectarea și funcționarea spitalelor este dezinfectarea aerului, unde sistemele HVAC sunt prezentate ca principală modalitate de prevenire a răspândirii și acumulării infecțiilor.

De exemplu, standardul consideră decontaminarea drept obiectivul principal al cerințelor sale, notează: „un sistem HVAC proiectat corespunzător minimizează transmiterea aeriană de viruși, bacterii, spori fungici și alți contaminanți biologici”, sistemele HVAC joacă un rol major în controlul infecțiilor și alți factori nocivi. Este evidențiată cerința pentru sistemele de climatizare din sălile de operație: „Sistemul de alimentare cu aer ar trebui să fie proiectat astfel încât să reducă la minimum pătrunderea bacteriilor în zonele sterile împreună cu aerul, precum și să mențină nivelul maxim de curățenie în restul sălii de operație."

Cu toate acestea, documentele de reglementare nu conțin cerințe directe pentru determinarea și monitorizarea eficacității dezinfectării pentru diferite metode de ventilație, iar proiectanții trebuie să se angajeze deseori în activități de căutare, ceea ce necesită mult timp și distrage de la activitatea principală.

În țara noastră, există o mulțime de documente de reglementare diferite privind proiectarea sistemelor de climatizare pentru clădirile de spitale, iar pretutindeni sunt exprimate cerințele pentru dezinfectarea aerului, care, din multe motive obiective, sunt practic dificile pentru proiectanți. Aceasta necesită nu numai cunoașterea echipamentelor moderne de dezinfectare și corectitudinea utilizării sale, dar, cel mai important, monitorizarea epidemiologică în timp util a mediului aerului interior, ceea ce dă o idee a calității sistemelor de climatizare, dar, din păcate, nu este întotdeauna realizată. Dacă evaluarea curățeniei spațiilor industriale curate se face prin prezența în ele a unor particule (de exemplu, particule de praf), atunci indicatorul curățeniei aerului din încăperile curate ale clădirilor medicale este particule vii bacteriene sau care formează colonii, ale căror niveluri permise sunt introduse. Pentru a menține aceste niveluri, mediul aerian ar trebui să fie monitorizat în mod regulat pentru indicatorii microbiologici, pentru care este necesar să le putem număra. Metoda de colectare și enumerare a microorganismelor pentru evaluarea purității aerului nu a fost încă dată în niciunul dintre documentele de reglementare. Este important ca numărarea particulelor microbiene să fie efectuată în sala de operație, adică în timpul funcționării. Dar pentru aceasta, proiectul și instalarea sistemului de distribuție a aerului trebuie să fie gata. Nivelul de dezinfectare sau eficiența sistemului nu poate fi stabilit înainte de a începe să funcționeze în sala de operație, acest lucru se poate face numai în condițiile a cel puțin mai multe procese de operare. Pentru ingineri, acest lucru prezintă mari dificultăți, deoarece cercetarea, deși este necesară, este contrară procedurii de respectare a disciplinei anti-epidemice a spitalului.

Perdea de aer

Pentru a asigura fluxul de aer necesar în sala de operație, este important să se organizeze în mod corespunzător lucrările comune de alimentare și îndepărtare a aerului. O interpunere rațională a dispozitivelor de alimentare și evacuare în sala de operație poate îmbunătăți natura mișcării fluxurilor de aer.

În sălile de operare, nu este posibilă utilizarea atât a întregii zone a tavanului pentru distribuția aerului, cât și a zonei podelei pentru îndepărtarea aerului. Hote de podea sunt neigienice, deoarece devin repede murdare și greu de curățat. Sistemele voluminoase, complexe și scumpe nu și-au găsit niciodată aplicarea în sălile de operații mici. Din aceste motive, cel mai rațional este amenajarea „insulă” a panourilor laminate deasupra zonei critice cu instalarea orificiilor de evacuare în partea inferioară a pereților. Aceasta permite simularea fluxurilor de aer într-o cameră industrială curată, într-o manieră mai ieftină și mai puțin greoaie. O metodă precum utilizarea perdelelor de aer care funcționează pe principiul unei bariere de protecție s-a dovedit a fi de succes. Cortina de aer funcționează bine cu fluxul de aer de alimentare sub forma unei „cochilii” de aer înguste la o viteză mai mare, special organizată în jurul perimetrului plafonului. Cortina de aer funcționează continuu pentru a extrage aer și împiedică aerul contaminat să intre în fluxul laminar.

Pentru a înțelege funcționarea unei perdele de aer, ar trebui să ne imaginăm o sală de operație cu o hota de evacuare dispusă pe toate cele patru laturi ale camerei. Aerul de alimentare provenit din „insula laminară” situată în centrul plafonului va coborî doar, extinzându-se spre pereți pe măsură ce coboară. Această soluție reduce zonele de recirculare, dimensiunea zonelor stagnante în care se adună microorganismele patogene și, de asemenea, împiedică amestecarea fluxului laminar cu aerul din încăpere, reduce accelerația acestuia și stabilizează viteza, ca urmare a căreia debitul descendent acoperă (încuie) întreaga zonă sterilă. Acest lucru ajută la eliminarea contaminanților biologici din zona protejată și la izolarea acestuia de mediu.

În fig. 1 prezintă un design standard al perdelelor de aer cu fante în jurul camerei. La organizarea extracției de-a lungul perimetrului fluxului laminar, acesta se întinde, se extinde și umple întreaga zonă din interiorul perdelei, ca urmare a efectului de „îngustare” este împiedicat și viteza necesară a fluxului laminar este stabilizată.

Fig. 3 prezintă valorile vitezei reale (măsurate) care apare cu o perdea de aer proiectată corect, care demonstrează clar interacțiunea fluxului laminar cu perdeaua de aer, iar fluxul laminar se mișcă uniform. Cortina de aer elimină necesitatea instalării unui sistem de evacuare voluminoasă în întregul perimetru al încăperii, în locul căruia pereții sunt prevăzuți cu un sistem tradițional de evacuare, așa cum este obișnuit în sălile de operații. Cortina de aer protejează imediat zona din jurul personalului chirurgical și a mesei, împiedicând particulele contaminate să revină la fluxul de aer primar.

După proiectul perdelei de aer, se pune întrebarea despre ce nivel de dezinfectare se poate atinge în timpul funcționării sale. O perdea de aer prost proiectată nu va fi mai eficientă decât un sistem laminar tradițional. O greșeală de proiectare poate fi o viteză mare a aerului, deoarece o astfel de perdea va „trage” fluxul laminar prea repede, adică chiar înainte de a ajunge pe podeaua de operare. Comportamentul debitului nu poate fi controlat și poate exista riscul ca particulele contaminate să se scurgă în zona de operare de la nivelul podelei. De asemenea, o perdea de aer cu o rată de aspirație scăzută nu poate amortiza eficient fluxul laminar și poate fi atrasă în el. În acest caz, modul de aer al camerei va fi același ca atunci când utilizați doar un dispozitiv de alimentare laminar. Atunci când proiectați, este important să determinați corect domeniul de viteză și să selectați sistemul corespunzător. Acest lucru afectează în mod direct calculul caracteristicilor de dezinfectare.

În ciuda avantajelor clare ale perdelelor de aer, acestea nu trebuie aplicate orb. Fluxul de aer steril generat de perdelele de aer în timpul operației nu este întotdeauna necesar. Necesitatea asigurării nivelului de dezinfectare a aerului ar trebui rezolvată împreună cu tehnologii, în rolul căruia în acest caz ar trebui să fie chirurgii care participă la operații specifice.

Concluzie

Fluxul laminar vertical se poate comporta imprevizibil în funcție de modul de funcționare. Panourile laminare utilizate în spațiile curate, de regulă, nu pot asigura nivelul necesar de decontaminare în sălile de operații. Sistemele de perdele de aer ajută la corectarea modelelor verticale ale fluxului laminar. Perdelele de aer sunt soluția optimă la problema monitorizării bacteriologice a mediului aerian în sălile de operație, în special în timpul operațiilor chirurgicale prelungite și găsirea pacienților cu sisteme imunitare compromise, pentru care infecțiile aeriene prezintă un risc deosebit.

Articolul a fost pregătit de A. P. Borisoglebskaya folosind materiale din revista „ASHRAE”.

Mișcarea unui lichid, observată la viteze mici, la care fluxurile individuale de lichid se deplasează paralel între ele și cu axa de curgere, se numește regimul laminar al mișcării lichidului.

Mișcarea laminară în experimente

O reprezentare foarte vizuală a regimului laminar al mișcării fluidelor poate fi obținută din experimentul Reynolds. Descriere detaliata .

Mediul lichid curge din rezervor printr-o țeavă transparentă și prin robinet se duce la scurgere. Astfel, lichidul curge la un anumit debit mic și constant.

La intrarea conductei este instalat un tub subțire prin care mijlocul colorat intră în partea centrală a debitului.

Când vopseaua intră într-un flux de lichid care se mișcă cu viteză mică, vopseaua roșie se va muta într-un flux egal. Din această experiență, se poate concluziona că fluidul este stratificat, fără amestec și formarea de vortex.

Un astfel de regim de curgere a fluidelor se numește de obicei laminar.

Să luăm în considerare principalele legi ale regimului laminar cu mișcare uniformă în țevi rotunde, limitându-ne la cazurile în care axa conductei este orizontală.

În acest caz, vom lua în considerare un flux deja format, adică debit în secțiune, al cărui început este situat din secțiunea de intrare a conductei la o distanță care asigură forma finală stabilă a distribuției vitezei peste secțiunea debitului.

Reținând că fluxul laminar are un caracter stratificat (jet) și are loc fără amestecarea particulelor, trebuie să presupunem că în fluxul laminar vor exista doar viteze paralele cu axa conductei, în timp ce viteze transversale vor fi absente.

Se poate imagina că, în acest caz, fluidul în mișcare este, așa cum era, împărțit într-un număr infinit de mare de straturi cilindrice infinit subțire, paralele cu axa conductei și care se mișcă unul în interiorul celuilalt la viteze diferite, crescând în direcția de la pereți la axa tubului.

În acest caz, viteza în strat direct în contact cu pereții datorită efectului de lipire este egală cu zero și atinge valoarea maximă în stratul care se deplasează de-a lungul axei conductei.

Formula fluxului laminar

Schema de mișcare adoptată și ipotezele introduse mai sus fac posibilă stabilirea teoretică a legii distribuției vitezei în secțiunea transversală a debitului în regimul laminar.

Pentru a face acest lucru, faceți următoarele. Să denotăm raza interioară a conductei prin r și să selectăm originea coordonatelor din centrul secțiunii sale O, direcționând axa x de-a lungul axei conductei și axa z de-a lungul verticalei.

Să selectăm acum un volum de lichid în interiorul conductei, sub forma unui cilindru de o rază y și o lungime L și să-l aplicăm ecuația Bernoulli. Deoarece datorită axei orizontale a conductei z1 \u003d z2 \u003d 0, atunci

unde R este raza hidraulică a secțiunii volumului cilindric selectat \u003d y / 2

τ - forța de frecare unitară \u003d - μ * dυ / dy

Substituind valorile lui R și τ în ecuația inițială, obținem

Precizând diferite valori ale coordonatei y, puteți calcula viteza în orice punct al secțiunii. Viteza maximă, evident, va fi la y \u003d 0, adică. pe axa conductei.

Pentru a descrie grafic aceste ecuații, este necesar să diferențiem, la o anumită scară, de la o anumită linie dreaptă arbitrară AA, vitezele sub formă de segmente direcționate în aval de fluid și să conectăm capetele segmentelor cu o curbă lină.

Curba rezultată va reprezenta curba de distribuție a vitezei în secțiunea transversală a debitului.

Graficul modificării forței de frecare τ peste secțiunea transversală arată complet diferit. Astfel, în regimul laminar într-o conductă cilindrică, vitezele în secțiunea transversală a debitului se modifică în conformitate cu legea parabolică, iar tensiunile de forfecare se modifică în funcție de cea liniară.

Rezultatele obținute sunt valabile pentru secțiuni de conducte cu un flux laminar complet dezvoltat. De fapt, lichidul care intră în conductă trebuie să treacă o anumită secțiune din secțiunea de intrare înainte de a se stabili legea parabolică a distribuției vitezei corespunzătoare regimului laminar.

Dezvoltarea fluxului laminar într-o conductă

Dezvoltarea unui regim laminar într-o conductă poate fi imaginată după cum urmează. De exemplu, lăsați lichidul să intre într-o țeavă dintr-un rezervor de dimensiuni mari, ale cărei margini de intrare sunt bine rotunjite.

În acest caz, vitezele din toate punctele secțiunii transversale de intrare vor fi practic aceleași, cu excepția unui strat subțire foarte subțire, așa-numit (strat lângă pereți), în care, datorită aderenței lichidului la pereți, are loc o scădere aproape bruscă a vitezei la zero. Prin urmare, curba de viteză în secțiunea de intrare poate fi reprezentată destul de precis ca un segment de linie dreaptă.

Odată cu distanța de la intrare, datorită frecării la pereți, straturile de lichid adiacente stratului de graniță încep să se încetinească, grosimea acestui strat crește treptat, iar mișcarea în el, dimpotrivă, încetinește.

Partea centrală a debitului (miezul fluxului), neprins încă de frecare, continuă să se miște în ansamblu, cu aproximativ aceeași viteză pentru toate straturile, iar încetinirea stratului de perete apropiat provoacă inevitabil o creștere a vitezei în miez.

Astfel, în mijlocul conductei, în miez, viteza de curgere crește tot timpul, în timp ce la pereți, în stratul limită în creștere, aceasta scade. Aceasta se întâmplă până când stratul de limitare acoperă întreaga secțiune de curgere și miezul este redus la zero. Aceasta completează formarea debitului, iar curba vitezei ia forma parabolică obișnuită pentru regimul laminar.

Trecerea de la flux laminar la turbulent

Fluxul laminar al unui lichid în anumite condiții se poate transforma într-unul turbulent. Odată cu creșterea vitezei de curgere, structura stratificată a fluxului începe să se prăbușească, apar valuri și vârtejuri, a căror propagare în flux indică o perturbare în creștere.

Treptat, numărul de vortice începe să crească și crește până când pâlpâia se rupe în multe trucuri mai mici amestecându-se între ele.

Mișcarea haotică a unor astfel de fluxuri mici sugerează începutul tranziției regimului fluxului laminar la unul turbulent. Odată cu creșterea vitezei, fluxul laminar își pierde stabilitatea, în timp ce orice tulburări aleatorii mici care anterior au provocat doar fluctuații mici încep să se dezvolte rapid.

Video despre fluxul laminar

În cazul intern, trecerea de la un regim de curgere la altul poate fi urmărită prin exemplul unui jet de fum. La început, particulele se mișcă aproape paralel de-a lungul unor traiectorii care nu se schimbă în timp. Fumul este practic nemișcat. De-a lungul timpului, în unele locuri, apar brusc vorticele mari, care se deplasează de-a lungul traiectoriilor haotice. Aceste vortice se descompun în altele mai mici, cele în chiar mai mici și așa mai departe. În cele din urmă, fumul se amestecă practic cu aerul din jur.

Atunci când un lichid curge printr-un canal închis, cum ar fi o conductă sau între două plăci plane, poate avea loc oricare din două tipuri de flux în funcție de viteza și vâscozitatea lichidului: flux laminar sau flux turbulent. Fluxul laminar tinde să apară la viteze mai mici, sub pragul la care devine turbulent. Fluxul turbulent este un model de debit mai puțin ordonat, care se caracterizează prin gâtui sau pachete mici de particule lichide care au ca rezultat amestecarea laterală. În termeni non-științifici, fluxul laminar este neted , în timp ce fluxul turbulent este nepoliticos .

Relația cu numărul Reynolds

Tipul de flux care se produce în fluidul din canal este important în problemele de dinamică a fluidelor și este apoi afectat de căldură și transferul de masă în sistemele de fluide. Numărul de Reynolds fără dimensiuni este un parametru important în ecuații care descriu dacă să aducă condiții de flux complet dezvoltate în flux laminar sau turbulent. Numărul lui Reynolds este raportul dintre forța de inerție și forța de forfecare a unui fluid: cât de rapid se deplasează un fluid în raport cu cât este de vâscos, indiferent de scara sistemului de fluide. Fluxul laminar apare de obicei atunci când lichidul se mișcă lent sau lichidul este foarte vâscos. Pe măsură ce numărul Reynolds crește, de exemplu, prin creșterea debitului de fluid, fluxul va trece de la fluxul laminar la turbulent într-o anumită gamă de numere Reynolds de tranziție de tip laminar-turbulent, în funcție de niveluri mici de interferență în fluid sau imperfecțiuni în sistemul de curgere. Dacă numărul Reynolds este foarte mic, mult mai mic decât 1, atunci fluidul va prezenta Stokes, sau fluaj, flux, unde forța vâscozității fluidului este dominată de forțe inerțiale.

Calculul specific al numărului Reynolds și valorile în care apare fluxul laminar vor depinde de geometria sistemului de flux și de structura fluxului. Un exemplu general de curgere printr-o conductă în care numărul Reynolds este definit ca fiind

R e \u003d ρ u DH μ \u003d u DH ν \u003d QDH ν A, (\\ displaystyle \\ mathrm (Re) \u003d (\\ frac (\\ rho uD _ (\\ text (H))) (\\ mu)) \u003d (\\ frac ( uD _ (\\ text (H))) (\\ nu)) \u003d (\\ frac (QD _ (\\ text (H)))) (\\ nu A)),) D H este diametrul conductei hidraulice (m); Q este debitul volumetric (m 3 / s); Aceasta este zona conductei în secțiune transversală (m 2); U este viteza medie a fluidului (unități SI: m / s); μ este vâscozitatea dinamică a lichidului (Pa · s \u003d N · s / m 2 \u003d kg / (m · s)); ν este vâscozitatea cinematică a fluidului, ν = μ / p (m 2 / s); ρ reprezintă densitatea lichidului (kg / m 3).

Pentru astfel de sisteme, fluxul laminar se produce atunci când numărul Reynolds este sub valoarea critică de aproximativ 2040, deși intervalul de tranziție este de obicei între 1.800 și 2.100.

Pentru sistemele hidraulice care apar pe suprafețe externe, cum ar fi curgerea în jurul obiectelor suspendate într-un fluid, alte definiții pentru numerele Reynolds pot fi utilizate pentru a prezice tipul de flux din jurul unui obiect. Particule Numărul Reynolds Re p va fi utilizat pentru particule suspendate într-un fluid fluid, de exemplu. La fel ca în fluxul de țeavă, fluxul laminar tinde să apară la un număr mai mic de Reynolds, în timp ce fluxul turbulent și fenomene conexe, cum ar fi eddies, apar la un număr mai mare de Reynolds.

Exemple de

O aplicație obișnuită a fluxului laminar este în fluxul neted al unui fluid vâscos printr-un tub sau o țeavă. În acest caz, debitul se modifică de la zero la pereții maximului de-a lungul centrului secțiunii transversale a navei. Profilul de curgere al fluxului laminar într-o conductă poate fi calculat prin împărțirea debitului în elemente cilindrice subțiri și aplicarea unei forțe vâscoase pentru acestea.

Un alt exemplu ar fi fluxul de aer peste o aripă a aeronavei. Stratul de delimitare este o foaie de aer foarte subțire care se află pe suprafața aripii (și toate celelalte suprafețe ale aeronavei). Deoarece aerul este vâscos, acest strat de aer tinde să se lipească de aripă. Pe măsură ce aripa se mișcă înainte prin aer, stratul de limită curge mai întâi lin peste forma fluidizată de la nivelul aerului. Aici debitul este laminar, iar stratul limită este stratul laminar. Prandtl a aplicat conceptul de strat liminar laminar cu suprafețe aerodinamice în 1904.

bariere de flux laminar

Fluxul de aer laminar este utilizat pentru a separa volumul de aer sau pentru a preveni pătrunderea contaminanților din aer într-o zonă. Hote cu flux laminar sunt utilizate pentru a elimina contaminarea din procesele sensibile din știință, electronică și medicină. Perdelele de aer sunt adesea utilizate în mod comercial pentru a permite trecerea aerului încălzit sau răcit prin uși. Un reactor cu flux laminar (LFR) este un reactor care utilizează fluxul laminar pentru a studia reacțiile chimice și mecanismele procesului.

Aerul din spațiile industriale este o sursă potențială de contaminare a drogurilor, de aceea purificarea acestuia este una dintre problemele cheie ale igienei tehnologice. Nivelul de curățenie al aerului din cameră determină clasa de curățenie.

Pentru a asigura producția de soluții sterile cu aer steril fără praf, se folosesc atât sisteme de ventilație convenționale turbulente, care asigură sterilitatea aerului din încăpere, cât și sisteme cu un flux laminar de aer pe întreaga zonă a camerei sau în anumite zone de lucru.

Cu un flux turbulent, aerul purificat conține până la 1000 de particule la 1 litru, atunci când aerul este furnizat cu un flux laminar pe tot volumul încăperii, conținutul de particule din aer este de 100 de ori mai mic.

Locuri cu flux laminar- acestea sunt încăperi în care aerul este furnizat către zona de lucru prin filtre care ocupă întregul perete sau tavan și este îndepărtat prin suprafața opusă intrării aerului.

Există două sisteme: flux laminar vertical, în care aerul se deplasează de sus prin tavan și iese prin podeaua cu șipci și flux laminar orizontal, în care aerul intră printr-unul, și iese prin peretele perforat opus. Fluxul laminar transportă din cameră toate particulele aeriene care provin din orice surse (personal, echipament etc.).

Un flux laminar trebuie creat în săli curate. Sistemele de curgere a aerului laminar trebuie să asigure o viteză uniformă a aerului: aproximativ 0,30 m / s pentru verticală și aproximativ 0,45 m / s pentru debitele orizontale. Pregătirea și controlul aerului pentru incluziuni mecanice și contaminarea microbiologică, precum și evaluarea eficienței filtrelor de aer trebuie efectuate în conformitate cu documentația normativă și tehnică.

În fig. 5.2 prezintă diferite scheme de furnizare a aerului fără praf către camera de producție.

Figura: 5.2. Scheme de alimentare cu aer fără praf: A - debit turbulent; B - debit laminar

Pentru a asigura puritatea de aer necesară în sistemele „flux laminar vertical” și „flux laminar orizontal”, se folosesc instalații de filtrare, constând din filtre preliminare de purificare a aerului grosier - un ventilator și un filtru de sterilizare (Fig. 5.3.).

Figura: 5.3. Instalație de filtrare și sterilizare a aerului:

1 - filtru grosier; 2 - ventilator; 3 - filtru fin

Pentru purificarea finală a aerului din particule și microflora conținute în acesta, se folosește un filtru LAIK. Folosește fibră de rășină perchlorovinil ultra-subțire ca material de filtrare. Acest material este hidrofob, rezistent la medii agresive chimic și poate funcționa la temperaturi nu mai mari de 60 ° C și umiditate relativă până la 100%. Recent, filtrele de aer cu particule de înaltă eficiență (HEPA) au devenit răspândite.

O puritate ridicată a mediului de aer este creată prin filtrare printr-un filtru preliminar și apoi cu ajutorul unui ventilator - printr-un filtru de sterilizare cu material filtrant FPP-15-3, reprezentând un strat de fibre ultra-subțiri confecționate din polimer de vinil policlorinat. În interiorul spațiului se pot instala suplimentar agenți de curățare a aerului mobil recirculant VOPR-0.9 și VOPR-1.5, care asigură o purificare rapidă și eficientă a aerului datorită filtrării mecanice printr-un filtru de fibre ultra-subțiri și radiații ultraviolete. Purificatorii de aer pot fi folosiți în timpul funcționării, deoarece nu au un impact negativ asupra personalului și nu provoacă senzații neplăcute.

Pentru a crea încăperi super curate sau zone separate în interiorul acestuia, este plasat un bloc special, în care un flux laminar de aer steril este furnizat autonom.

Cerințe pentru personal și salopete

Dotarea producției cu sisteme de curgere laminare și furnizarea de aer curat și steril către spații nu rezolvă încă problema aerului curat, deoarece personalul din interior este, de asemenea, o sursă activă de poluare. Prin urmare, numărul minim de lucrători prevăzute în instrucțiunile relevante ar trebui să se afle în camerele de producție curate în timpul lucrului.

În decurs de un minut, o persoană, fără să se miște, emite 100 de mii de particule. Această cifră se ridică la 10 milioane în timpul lucrărilor intense. Numărul mediu de microorganisme excretate de o persoană în 1 minut ajunge la 1500-3000. Prin urmare, protejarea medicamentelor împotriva contaminării umane este una dintre problemele principale ale igienei tehnologice și se rezolvă în principal prin igiena personală a angajaților și prin utilizarea de îmbrăcăminte tehnologică.

Personalul care intră în zona de producție trebuie să fie îmbrăcat cu haine speciale adecvate pentru operațiunile lor de producție. Îmbrăcămintea tehnologică a personalului trebuie să corespundă clasei de curățenie a zonei în care lucrează și să își îndeplinească scopul principal - de a proteja la maxim produsul de particulele emise de oameni.

Scopul principal al îmbrăcămintei tehnologice a lucrătorilor este de a proteja la maxim produsul producției de particulele emise de oameni. O importanță deosebită este țesătura din care este confecționată îmbrăcămintea tehnologică. Trebuie să aibă o separare minimă a scamei, capacitatea prafului, permeabilitatea prafului, precum și permeabilitatea aerului de cel puțin 300 m 3 / (m 2 s), igroscopicitatea de cel puțin 7% și nu acumulează o sarcină electrostatică.

Următoarele cerințe sunt impuse personalului și îmbrăcămintei tehnologice proiectate pentru zone de diferite tipuri:

· Clasa D: Părul trebuie acoperit. Trebuie purtat un costum general de protecție, încălțăminte sau încălțăminte corespunzătoare.

· Grad C: Părul trebuie acoperit. Ar trebui să fie purtat un costum cu pantaloni (dintr-o singură piesă sau două piese), încheietura strânsă, cu guler înalt și încălțăminte sau încălțăminte adecvate. Îmbrăcămintea și încălțămintea nu trebuie să elibereze scame sau particule.

· În spațiile din clasa de curățenie A / B, trebuie să fie purtați pantaloni sau salopete sterile, pălărie, huse pentru pantofi, mască, cauciuc sau mănuși din plastic. Ori de câte ori este posibil, utilizați îmbrăcăminte și încălțăminte industrială de unică folosință sau specializată, cu capacitate minimă de păstrare de scame și praf. Partea inferioară a pantalonilor trebuie ascunsă în interiorul capacelor pantofilor, iar mânecile trebuie să fie în mănuși.

Oamenii care lucrează în zone curate trebuie să aibă cerințe mari în ceea ce privește igiena personală și curățenia. Ceasurile de mână, bijuteriile și produsele cosmetice nu trebuie purtate în camere curate.

Frecvența schimbării hainelor, în funcție de condițiile climatice și de anotimp, este, de asemenea, de mare importanță. În prezența aerului condiționat, se recomandă schimbarea hainelor cel puțin o dată pe zi, și o mască de protecție la fiecare 2 ore. Mănușile de cauciuc trebuie schimbate după fiecare contact cu pielea feței, precum și în orice caz, când există riscul de contaminare.

Tot personalul (inclusiv personalul de curățenie și întreținere) care lucrează în zone curate ar trebui să primească instruire sistematică la subiecți care se referă la fabricarea corectă a produselor sterile, inclusiv igiena și microbiologia de bază.

Personalul care lucrează în camere „curate” este obligat să:

- să restricționeze strict intrarea și ieșirea din camerele „curate”, în conformitate cu instrucțiunile special dezvoltate;

Efectuați procesul de producție cu numărul minim necesar de personal. Procedurile de inspecție și control ar trebui să fie, în general, efectuate în afara zonelor „curate”;

Limitați circulația personalului în spațiile claselor B și C de curățenie; evitați mișcările bruște în zona de lucru;

Nu fiți amplasat între sursa fluxului de aer și zona de lucru pentru a evita schimbarea direcției fluxului de aer;

Nu vă aplecați și nu atingeți un produs deschis sau un recipient deschis;

Nu ridicați și nu folosiți obiecte căzute pe podea în timpul lucrului;

Înainte de a intra în camera „curată” (în sala de antrenament), îndepărtați toate bijuteriile și produsele cosmetice, inclusiv lacurile de unghii, faceți un duș (dacă este necesar), spălați-vă mâinile, tratați-vă mâinile cu dezinfectanți și îmbrăcați haine și încălțăminte sterile;

Evitați să vorbiți pe subiecte străine. Toată comunicarea orală cu persoanele din afara spațiilor de producție ar trebui să aibă loc printr-un interfon;

Raportați toate încălcările, precum și modificările adverse ale regimului sanitar și igienic sau ale parametrilor climatici către managementul dumneavoastră.

Cerințe de proces

Nu este permisă producerea de medicamente diferite în același timp sau secvențial în aceleași spații, cu excepția cazurilor în care nu există riscul de contaminare încrucișată, precum și amestecarea și confuzia diferitelor tipuri de materii prime, intermediari, materiale, produse intermediare și finite.

Controlul în timpul producției, efectuat în instalațiile de producție, nu ar trebui să aibă un impact negativ asupra procesului tehnologic și a calității produselor.

În toate etapele procesului tehnologic, inclusiv în etapele anterioare sterilizării, este necesar să se efectueze măsuri de minimizare a contaminării microbiene.

Intervalele de timp dintre începutul pregătirii soluțiilor și sterilizarea sau filtrarea lor de sterilizare trebuie să fie minime și să aibă restricții (termene) stabilite în timpul procesului de validare.

Preparatele care conțin microorganisme vii sunt interzise să producă și să împacheteze în spațiile destinate producerii altor medicamente.

Sursele de apă, echipamentele de tratare a apei și apa tratată trebuie monitorizate în mod regulat pentru contaminarea chimică și microbiologică și, dacă este necesar, pentru contaminarea cu endotoxină pentru a se asigura că calitatea apei îndeplinește cerințele de reglementare.

Orice gaz care vine în contact cu soluții sau alte produse intermediare în timpul procesului trebuie să fie supus unei filtrări de sterilizare.

Materialele care tind să formeze fibre cu posibila lor eliberare în mediu, de regulă, nu trebuie utilizate în încăperile curate, iar la desfășurarea procesului tehnologic în condiții aseptice, utilizarea lor este complet interzisă.

După etapele (operațiunile) de curățare finală a ambalajelor și echipamentelor primare în timpul desfășurării ulterioare a procesului tehnologic, acestea trebuie utilizate astfel încât să nu se re-contamineze.

Eficacitatea oricăror tehnici noi, înlocuirea echipamentelor și metodele de desfășurare a procesului tehnologic ar trebui confirmată prin validare, care trebuie repetată în mod regulat conform graficelor dezvoltate.

Cerințe pentru echipament tehnologic

Echipamentele de producție nu ar trebui să afecteze negativ calitatea produsului. Piesele sau suprafețele echipamentului în contact cu produsul trebuie să fie confecționate din materiale care nu reacționează cu acesta, nu au proprietăți de absorbție și nu eliberează substanțe într-o asemenea măsură încât acestea ar putea afecta calitatea produsului.

Unul dintre modurile de rezolvare a acestor probleme este utilizarea modernă linii automate ampulatie de medicamente injectabile.

Transferul de materii prime și materiale în și în afara zonelor de producție este una dintre cele mai grave surse de contaminare. Prin urmare, proiectele dispozitivelor de transfer pot varia de la dispozitive cu o singură ușă sau dublă până la sisteme complet închise cu o zonă de sterilizare pentru acestea (tunel de sterilizare).

Izolatorii pot fi puși în funcțiune numai după validarea corespunzătoare. Validarea ar trebui să țină seama de toți factorii critici ai tehnologiei de izolare (de exemplu, calitatea aerului din interiorul și exteriorul izolatorului, tehnologia de transmisie și integritatea izolatorului).

O atenție specială trebuie acordată:

Proiectări și calificări ale echipamentelor

· Validarea și reproductibilitatea proceselor de curățare în loc și sterilizare în loc

Mediul în care este instalat echipamentul

Calificări și instruire operator

· Curățenia hainelor tehnologice ale operatorilor.

Cerințe de control al calității

În timpul procesului tehnologic de producere a soluțiilor de injecție, este necesar controlul calității intermediare (în trepte), adică după fiecare etapă tehnologică (operațiune), fiolele, flacoanele, recipientele flexibile etc. care nu îndeplinesc anumite cerințe sunt respinse. Deci, după dizolvarea (izotonizarea, stabilizarea etc.) a substanței medicinale, compoziția calitativă și cantitativă, pH-ul soluției, densitatea, etc .; după operația de umplere - selectiv volumul de umplere a vaselor etc.

Materiile prime, materialele, produsele intermediare, precum și produsele intermediare sau finite fabricate imediat după primirea sau finalizarea procesului tehnologic, înainte de a decide cu privire la posibilitatea utilizării lor, trebuie să fie în carantină. Produsele finite nu sunt permise la vânzare până când calitatea lor nu este satisfăcătoare.

Medicamentele lichide pentru uz parenteral sunt de obicei monitorizate pentru următorii indicatori de calitate: descriere, identificare, claritate, culoare, pH, impurități asociate, volum extractabil, sterilitate, pirogeni, toxicitate anormală, particule, cuantificarea ingredientelor active, conservanți antimicrobieni și solvenți organici.

Pentru medicamentele lichide de uz parenteral sub formă de lichide vâscoase, densitatea este controlată suplimentar.

Pentru medicamentele lichide de uz parenteral sub formă de suspensii, se controlează suplimentar mărimea particulelor, uniformitatea conținutului (în cazul suspensiilor cu o singură doză) și stabilitatea suspensiei.

În pulberile pentru injecție sau perfuzie intravenoasă, se controlează suplimentar următoarele: timpul de dizolvare, pierderea în greutate la uscare, uniformitatea conținutului sau uniformitatea greutății.