FLUJO LAMINAR – CABINA DE DISPENSACIÓN
Los sistemas de flujo unidireccional, comúnmente denominados flujos laminares o cabinas de
flujo laminar, son instalaciones especiales diseñadas y construidas para la protección de
procesos críticos mediante un flujo de aire “UNIDIRECCIONAL”.
FLUJOS LAMINARES: DEFINICIONES / CONCEPTOS BASICOS
Se llama flujos laminares, al movimiento de un fluido cuando éste es ordenado, estratificado y
suave. En un flujo laminar el fluido se mueve en láminas paralelas sin entremezclarse y cada
partícula de fluido sigue una trayectoria llamada línea de corriente. Reynolds predijo si un flujo
es laminar o turbulento a través de un parámetro adimensional: el nº de Reynolds, que representa
la relación entre la viscosidad y la inercia en el movimiento de un fluido.
Re= vs x D/ vc
Vc= Viscosidad cinemática
Vs= Velocidad característica del fluido
D= Diámetro de la sección por la que circula el fluido
Cuando:
Re<2000 Flujo Laminar: Las fuerzas viscosas son proporcionalmente más fuertes que las
fuerzas de inercia. Las partículas tienden a moverse en líneas de corriente.
Re>4000 Flujo turbulento: Las fuerzas viscosas son débiles comparadas con las fuerzas de
inercia. Las partículas se mueven en recorridos irregulares.
2000<Re<4000 Flujo transicional (no puede ser modelado
NORMATIVA
La Normativa de referencia los define como flujos de aire controlados en los que las líneas de
corriente van en una dirección, son aproximadamente paralelas y llevan una velocidad uniforme
a través de la sección transversal completa de la zona limpia.
 La derogada US Fed Sd 209 determina velocidades de 0,45 m/s ±20%.
 Las cGMP EUGMP, WHO, EMEA indican velocidades entre 0,36m/s y 0,52m/s (0,45m/s
±20%) y lo definen como “Flujo Unidireccional”.
 La ISO: (14644-4) establece el concepto de “Transporte dirigido” e indica promedio de
velocidad superior a 0,2m/s.
Figura 1.1. Flujo Unidireccional - «Transporte Dirigido” (def. ISO). Todas las partículas son
arrastradas a niveles inferiores de forma constante y continua
Figura 1.2. Flujo Turbulento - El arrastre de partículas es una función estadística que depende
del caudal, geometría de la sala y situación de entradas y salidas de aire.
Figura 1.3. El flujo unidireccional solo es efectivo mientras las líneas de corriente se mantienen
aproximadamente paralelas.
FINALIDAD
La función principal de un flujo unidireccional/laminar es proporcionar un área de trabajo libre de
partículas y contaminación en la que se garantice la protección de los procesos críticos,
asegurando una protección total de los productos durante su proceso de manipulación y un
asilamiento del entorno que lo rodea.
La protección se produce en el “núcleo del proceso”, definido por la ISO como “la ubicación en
la que el proceso y la interacción del ambiente con el proceso ocurre”.
Esto se consigue gracias a la ausencia de partículas mediante filtración HEPA. El aire
suministrado debe estar filtrado al menos a nivel ISO 5 mediante filtración absoluta HEPA H14 o
superior; y a la uniformidad del flujo de aire. El aire impulsado debe tener una uniformidad de
velocidad controlada acorde a la normativa a cumplir (ISO>0,2m/s; cGMP/EUGMP/WHO/EMEA:
0,36-0,54m/s). En esta uniformidad intervienen de 3 factores: la pantalla difusora de aire utilizada,
la regulación de la velocidad del ventilador y la canalización y retorno del aire.
En función del uso y diseño del flujo laminar puede garantizarse la protección del producto, la
protección del operador o la protección de ambos.
Figura 1.4. Proyección del producto
Figura 1.5. Protección del operador
Figura 1.6. Protección de ambos
ELEMENTOS
Constructivamente los flujos unidireccionales/laminares se componen de una unidad/unidades
de impulsión de aire (ventilador) que deberá poder regularse, una zona de distribución de aire
“plenum”, prefiltración y filtración absoluta HEPA, un sistema de difusión de aire, iluminación y
un indicador de presión diferencial.
Pueden fabricarse como módulos/muebles independientes realizados en chapa de acero lacado
o acero inoxidable (AISI 304 ó 316) o como una construcción integrada y adaptada a la
arquitectura clean room existente y por tanto construirse con los mismos materiales empleados
en la sala.
Así mismo y en función de los componentes usados para su construcción (tipo de pantalla
difusora de aire, sistema de regulación de velocidad del ventilador, sistema de canalización y
retorno del aire, tipo de ventiladores y filtros…) el resultado final y prestaciones del flujo laminar
serán distintas y podrá adaptarse a los requerimientos concretos de la instalación y del usuario.
En este sentido, podemos distinguir entre:
1. Pantallas difusoras de aire: Uniforman el flujo de aire regularizando y homogeneizando la
velocidad. Pueden ser de varios tipos:
 Lámina metálica microperforada: Láminas de acero pintado, acero inoxidable o aluminio
anodizado con perforaciones de diámetro inferior o igual a 1mm
 Superficie filtrante del filtro HEPA: La superficie filtrante de los filtros HEPA puede actuar como
laminador además de filtrar. Incluso hay filtros HEPA especiales dotados de superficie
laminadora y/o rejilla de protección.
 Pantallas de velo: Un tejido de material sintético con una trama regular y montado en tensión
sobre un bastidor metálico produce un efecto laminador sobre el flujo de aire. El material del
velo suele ser poliéster con una amplitud de malla de 0,25 a 0,45μ
2. Sistemas de Regulación de velocidad del ventilador: Permiten ajustar con exactitud el caudal
de aire impulsado. Existen varios sistemas:
 Regulación de tensión: Un regulador regula la tensión que llega al motor del ventilador
variando su velocidad.
 Regulación de frecuencia: Un regulador varia la frecuencia de alimentación y por tanto la
velocidad de rotación del motor.
 Motores EC (conmutación electrónica): Son motores de rotor externo que funcionan con el
devanado en corriente continua, aunque la alimentación externa sea alterna (monofásica o
trifásica.) El propio motor tiene integrado el sistema de regulación.
3. Canalización y retorno del aire: La correcta canalización del flujo de aire y su salida del área
protegida son dos factores de gran importancia.
 Canalización: Para que el aire impulsado mantenga la unidireccionalidad el área protegida
debe mantener su sección recta constante, mediante paredes divisorias o cortinas.
 Retorno: La protección del Flujo laminar o Flujo unidireccional se basa en el flujo continuo de
aire. El aire debe abandonar el recinto protegido al nivel más bajo posible y por la mayor parte
del perímetro posible. Tan importante es la impulsión de aire al recinto protegido como la
salida del aire del mismo. Por el elevado volumen de aire en circulación, el aire que sale del
área del flujo laminar debe ser retornado al sistema de impulsión/filtración para su
recirculación. La salida o retorno de aire del aire puede hacerse de varias formas:
 Retorno por techo: Es el más común de los FL/FU de tipo compacto.
 Retorno por falso suelo: El aire es retornado mediante un falso suelo perforado. De esta forma
la superficie de retorno es exactamente igual a la superficie de impulsión. Se suele utilizar en
zonas ISO 4 a ISO1
 Retorno por pared en flujo horizontal: En flujos horizontales el aire es retornado en la pared
opuesta a través de una superficie de retorno igual a la superficie de impulsión.
 Retorno por el perímetro: La salida del aire se mantiene a baja cota en las paredes
perimetrales.
FLUJOS LAMINARES O FLUJO UNIDIRECCIONAL: TIPOS
Podemos distinguir varios tipos de flujos unidireccionales en función su construcción, de cómo
sea la forma en la que circula el aire,
A. Según sea la forma en la que se hace circular el aire:
 Flujos unidireccionales horizontales: el flujo se produce desde el fondo de la cámara hasta el
frente, de forma que las líneas de corriente de aire se mueven horizontalmente a la superficie
de trabajo.
 Flujos unidireccionales verticales: el flujo se produce desde el techo de la cámara hacia el
suelo de forma que las líneas de corriente de aire van perpendicularmente a la zona de
trabajo.
Figura 1.7. Flujo unidireccional vertical
Figura 1.8. Flujo unidireccional horizontal
B. En base a su construcción:
 Flujos laminares/unidireccionales compuestos por FFUs: Compuesto por FFUs (Fan
Filter Unit) acoplados formando una superficie continua. Es fácil de instalar, incluso en Salas
Blancas terminadas o en funcionamiento. Como inconvenientes presenta que el retorno se
sitúa en techo por lo que todo el mantenimiento debe hacerse desde la zona limpia; para
grandes superficies puede resultar ruidoso; no es aplicable para zonas en depresión y que la
iluminación ha de ir instalada bajo los filtros.
 Flujos laminares/unidireccionales compuestos por filtros compactos: Compuesto por
filtros compactos acoplados sobre una estructura soporte formando una superficie continua.
Como inconvenientes presenta que la regulación de velocidad, aunque posible, es complicada
y de baja precisión; normalmente la superficie de los filtros no tendrá protección y no es
aplicable para zonas en depresión. Es fácil de instalar y económico para pequeños tamaños.
Es fácil de instalar, incluso en Salas Blancas terminadas o en funcionamiento. Como
inconvenientes presenta que el retorno se sitúa en techo por lo que todo el mantenimiento
debe hacerse desde la zona limpia y que para grandes superficies puede resultar ruidos.
 Flujos laminares/unidireccionales compacto: Mueble compacto en el que se albergan los
ventiladores, pre filtros, filtros, sistema de difusión e iluminación.
PRESIONES DIFERENCIALES – SALAS LIMPIAS
La definición de las presiones en una instalación de sólidos orales no es un tema baladí y va a
tener una gran importancia y normalmente va a dar quebraderos de cabeza en inspecciones,
costes de operación, auditorias, mantenimiento, durabilidad de las instalaciones,… por lo que es
importante seleccionarlas correctamente y el realizar un análisis de riesgos para su definición
que puede ir unido a la definición de otros parámetros de HVAC (recirculación o no de aire,
renovaciones, caudales, filtraciones en la impulsión y en el retorno, stand-by parámetros
operacionales en momentos de parada….) que tienen gran impacto en los costes de operaciones
de una planta.
UNIDADES
Primero es importante definir las unidades más usualmente usadas a nivel de instalaciones
farmacéuticas y su equivalencia
1 mmH2O = 9,8 Pa, 1 Pa = 0,102 mmca, (mm de columna de agua). Aunque como aproximación
se suele utilizar: 10 Pa ≈1mmca, 1Pa ≈0,1mmca
1 inH2O (pulgada de columna de agua o in.w.g Inches of water gauge) = 248.92 Pa. 1Pa =
0.004017 InH2O. Aunque como aproximación se suele utilizar: 1Pa ≈ 0,004 In H20 , 1 In H2O ≈
250Pa
¿POR QUÉ ES NECESARIO UN DIFERENCIAL DE PRESIÓN EN UNA INSTALACIÓN?
El establecimiento de un diferencial de presión persigue los siguientes objetivos:
 Presión Positiva: Evitar que contaminantes externos entren en la sala
 Presión negativa: Evitar que el producto manipulado en la sala pueda contaminar zonas
anexas o el ambiente exterior
Con respecto a los niveles de presiones hay una cierta confusión entre lo que son requerimientos
GMP cuyo objetivo es la de evitar problemas de contaminación cruzada y salvaguardar en última
instancia la salud de los pacientes, y lo que son requerimientos No-GMP cuyo objetivo es evitar
la exposición de los operarios y del medio ambiente a unos productos potencialmente peligrosos.
¿ESPECIFICACIONES?
Al día de hoy no hay ninguna especificación de presión o de diferencial de presión en
instalaciones de Sólidos.
Entonces ¿De dónde parte la especificación de 12,5 Pascales (0.05 inH2O) de diferencia de
presión entre salas de diferente clasificación para instalaciones de sólidos orales?
 Por un lado, tendríamos la especificación del Anexo 1 de Fabricación de Productos
Estériles de las GMP indica que la entrada de aire filtrado debe mantener una presión
positiva y un flujo de aire respecto a las zonas adyacentes de grado menor en todas las
condiciones de trabajo y debe barrer eficazmente la zona. Las salas adyacentes de grados
diferentes deben tener un gradiente de presión de 10 - 15 pascales (0.04 – 0.06 inH2O),
valores orientativos.
 La normativa Federal Standard 209B especificaba una diferencia de presión diferencial de
0.05 inH2O - 12.4 Pa. En revisiones más actuales de la normativa Federal standard 209 no se
especificaba. La Federal standard no está en vigor desde noviembre 2001 y ha sido
reemplazada por la ISO 14644.
 El Anexo A (informativo) de ISO 14644-4 “Conceptos de Control y Separación” establece dos
tipos de protección por medio de la presión:
1. Protección por desplazamiento: Diferencial de presión bajo flujo de aire alto: La
protección se basa en un alto caudal de aire a baja velocidad y baja presión (velocidad
superior a 0,2m/s). El caso más típico es el de las cabinas de pesadas o dispensing tipo
“down flow”.
2. Protección por presión diferencial: Diferencial de alta presión flujo de aire bajo. La
protección se basa en presiones diferenciales entre 5 y 20 Pa (0.02 – 0.08 inH2O). La
efectividad de la presión se complementa obligatoriamente con la existencia de barreras
físicas que separan las zonas y permiten el mantenimiento de la presión diferencial con
pequeños caudales de fuga.
Es el caso típico de salas cerradas por paredes con puertas de acceso, la presión se
mantiene en los niveles especificados mientras las puertas permanecen cerradas.
WHO Technical Report Series, No. 937, 2006 indica “ A pressure differential of 15 Pa is often
used for achieving containment between two adjacent zones, but pressure differentials of
between 5 Pa and 20 Pa may be acceptable. Where the design pressure differential is too low
and tolerances are at opposite extremities, a flow reversal can take place. For example, where a
control tolerance of + 3 Pa is specified, the implications of rooms being operated at the upper and
lower tolerances should be evaluated. It is important to select pressures and tolerances such that
a flow reversal is unlikely to occur “
Serie de Informes Técnicos de la OMS, No. 937, 2006 indica “Un diferencial de presión de 15 Pa
(0.06 inH2O) se usa a menudo para lograr la contención entre dos zonas adyacentes, pero los
diferenciales de presión de entre 5 Pa y 20 Pa (0.02 – 0.08 inH2O) pueden ser aceptables.
Cuando el diferencial de presión de diseño es demasiado bajo y las tolerancias se encuentran
en extremos opuestos, puede tener lugar una inversión del flujo. Por ejemplo, cuando se
especifica una tolerancia de control de + 3 Pa, se deben evaluar las implicaciones de las salas
que funcionan con las tolerancias superior e inferior. Es importante seleccionar presiones y
tolerancias tales que sea poco probable que ocurra una inversión de flujo.
¿Y qué pasa con la diferencia de presión mínima entre salas de misma clasificación?
No hay ninguna especificación, pero una práctica común es la fijar las siguientes
especificaciones:
 La diferencia de presión mínima existente entre dos salas adyacentes de distinto grado de
limpieza debe ser de 12,5 Pa (0.05 inH2O) a favor de la sala que tiene mayor grado.
 En salas adyacentes de igual grado de limpieza diferencia de presión mínima entre 5 y 10 Pa
(0.02 – 0.04 inH2O) son especificaciones validas a favor de la sala más crítica.
 Tolerancia de + 3 Pa es un standard normal en este tipo de instalaciones
 La presión diferencial tiene que ser de suficiente magnitud para garantizar contención y
prevenir de flujos reversos, pero no tiene que ser muy elevada para evitar problemas de
turbulencias
 Las puertas deben abrir preferiblemente hacia el lado de mayor presión.
DIRECCIONALIDAD DEL FLUJO
 El criterio normal en instalaciones multiproducto donde las salas dan directamente al pasillo
de fabricación es que la cascada de presiones de tal manera que el flujo de aire vaya del
pasillo limpio al interior de las salas de fabricación. El pasillo debe estar en sobrepresión con
respecto a la sala y la sala debe estar en sobrepresión atmosférica. Prevalece el concepto de
evitar contaminación cruzada.
 En aquellas instalaciones que se manejen productos de alta potencia el flujo de aire debe ser
el mismo, es decir desde el pasillo limpio hacia al interior de las salas de fabricación, pero con
la diferencia que la sala de fabricación debe estar en presión negativa con respecto a la
presión atmosférica. Estas especificaciones de presión negativa están recomendadas en los
documentos de trabajo de la WHO Technical Report Series, No. 957, 2010 Annex 3 GMP
practices for pharmaceutical products containing hazardous substances y Working document
QAS/08.256 February 2008 Restricted guideline to the inspection of hormone product
manufacturing facilities.
¿Qué pasa cuando se usa airlocks?
Normalmente el proceso de fabricación y la clasificación de la sala exigen que estas estén
presurizadas. Es necesario señalar que un sistema de presurización normal, es imposible
mantener los valores de presiones cuando se abre la puerta de separación entre dos zonas (sería
necesario un caudal del orden de 28.000m3/h para mantener una presión de 10Pa a través de
una puerta abierta) ; por lo que es necesario diseñar esclusas que puedan presurizarse
previamente y que atenúen los cambios bruscos que de no ser así podrían producirse, además
presenta toda una serie de ventajas:
 Aislamiento del ambiente de las salas controladas con salas o pasillos adyacentes de
clasificación igual o inferior.
 Barreras de separación entre diferentes clasificaciones de áreas o entre áreas de contención
y no contención.
 Ayudan a mantener las diferencias de presión y flujos de aire cuando personal o equipo pasa
a través de ellos.
 Disminución de la contaminación resultante del proceso de fabricación.
 Disminución de la contaminación aportada por el personal.
 Vestuarios de entrada y salida de personal
 Contención de productos peligrosos.
 Flexibilidad ya que podría permitir la fabricación de diferentes productos en un área de
fabricación.
 Proporcionar condiciones ambientales especiales para el producto (por ejemplo baja
humedad relativa para productos higroscópicos)
 Monitorización eficaz de las condiciones de las salas.
Tipo de airlocks
Tradicionalmente se consideran cuatro tipos de airlocks:
1. Cascada de Presiones La zona protegida está a más presión que el Airlock y este a mayor
presión que el exterior Se utiliza para separar áreas limpias con diferente clasificación. Se
evita que contaminación exterior entre en la zona más limpia. Pero no evita que el producto
procesado en la zona limpia pueda contaminar el exterior
Figura 2.1. Airlock – Cascada de presiones
2. Burbuja El airlock está a más presión que la zona protegida y también a más presión que
la zona exterior. Evita la contaminación cruzada entre zonas adyacentes
Figura 2.2. Airlock – Burbuja
3. Sumidero: El airlock está a menor presión que la zona protegida y también a menor presión
que la zona exterior. Tanto la contaminación exterior como el producto procesado pueden
entrar en el airlock
Figura 2.3. Airlock – Sumidero
4. Tipo Potent Compounds: Es una combinación del tipo burbuja y del sumidero. El personal
que accede a una sala donde se manipulan “potent compounds” necesita vestuario
específico y a veces un respirador. Estos dos compartimentos permiten al operario
protegerse antes de estar en contacto de cualquier material peligroso, mientras el producto
se protege de contaminación externa. La sala “Potent compound” y el sumidero deben estar
en presión negativa respecto a las salas adyacentes.
Figura 2.4. Airlock – Alta potencia