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artigo tcnico
idu
Visando minimizar o uso de aerossis de desao e
ter resultados mais acurados em ensaios de deteco
de vazamento em sistemas de ltragem instalado, reali -
zamos ensaios comparativos entre o mtodo que utiliza
o contador de partculas discretas (CPD) e o mtodo
que utiliza o fotmetro (tradicionalmente mais utilizado
no Brasil). Alm disso, o presente estudo visa avaliar a
viabilidade do uso de baixa concentrao de aerossol
durante a realizao dos ensaios.
O uso do mtodo de deteco de vazamentos com o
CPD visa cobrir algumas lacunas deixadas pelo mtodo
de deteco com fotmetro tais como:
Instalaes onde o resduo do aerossol de ensaio
depositado nos ltros e dutos no pode ser tolerado;
Instalaes onde o uso de aerossol pode causar
risco segurana;
Instalaes onde o uso de aerossol slido reco-
mendado;
Instalaes com ltros que se utilizam de meio l-trante sensivel ao aerossol liquido;
outras.
Alm disso, o mtodo de ensaio atravs do CPD
pode apresentar vantagens adicionais, como a deteco
de vazamentos se utilizando baixas concentraes de
aerossol. Esta condio evita a exposio do ltro HEPA
a quantidades excessivas de particulados de desao no
caso ensaios longos ou de situaes onde haja muitos
ltros expostos ao aerossol durante muito tempo (ex.
forros ltrantes).
Ess p dee de vzmesem ssems de flem slds
ulzd d de puls dsese bx e de essl
E. Ms a V. Pee
au: Marcos Pereira, engenheiro mecnico com ps-graduao
em Rerigerao e Ar Condicionado. Membro do CEE 138 da
ABNT, atualmente diretor tcnico-comercial da Trmica Brasil
Adicionalmente, como o CPD permite a escolha do
tamanho da partcula de interesse, partculas menores
que poderiam ser erroneamente lidas como vazamen-
tos, so automaticamente desprezadas pelo instrumen-
to, eliminando a possibilidade de reprovao dos ltros
devido ocorrncia de bleeding (sangramento) acar-
retada pela distribuio no uniforme no tamanho das
partculas no aerossol de desao (polidisperso). Neste
caso, poderia ser evitada a substituio desnecessria
de ltros, com os respectivos retrabalhos de qualicao
ou certicao e, consequentemente, permitiria o incio
mais rpido das atividades produtivas.
O mtodo apresentado reduz em aproximadamen-
te 97% a exposio do meio ltrante dos ltros HEPA
aos aerossis de desao, quando comparado ao m-
todo tradicional de deteco de vazamentos que utiliza
o fotmetro.
Vale notar que o mtodo de ensaio para deteco de
vazamento em sistema de ltragem instalado, utilizando-
-se CPD largamente empregado em instalaes de
micro-eletrnica e na indstria aeroespacial da Europae da sia e vem sendo introduzido na rea farmacutica,
devido s inmeras vantagens que pode oferecer.
Sob todos estes aspectos, este estudo apresenta
os mtodos, resultados e concluses a partir de uma
srie de ensaios comparativos, visando deteco de
vazamentos em sistema ltrante, utilizando-se diferentes
aerossis e os dois instrumentos mais empregados o
contador de partculas discretas (CPD) e o fotmetro.
, por m, importante ressaltar que, tanto o uso do
fotmetro como o uso do contador de partculas discre-
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tas (CPD) esto previstos na norma NBR ISO 14644-3,
no que diz respeito deteco de vazamentos.
Hs
O uso do CPD para deteco de vazamentos de l-
tros instalados ganhou impulso com a necessidade de
mtodos mais sensveis e precisos para ensaios de l -
tros ULPA (Ultra Low Penetration Air Filter) e ensaios de
ecincia de ltros de HEPA e ULPA realizados em f-
brica, aps sua produo. importante salientar que os
ensaios de ecincia dos ltros no devem ser confundi-
dos com os ensaios para a deteco de vazamentos dos
mesmos na instalao, pois alm de compreenderemmtodos distintos, esto regulamentados por normas
diferentes (Ensaio de ecincia norma ISO 29463 e
Ensaio para deteco de vazamentos em sistema de
ltragem instalado norma NBR ISO 14644-3).
Por outro lado, o emprego do mtodo para a de -
teco de vazamentos atravs do fotmetro remonta
o incio dos anos 60, utilizando primeiramente o DOP
(dioctyl-phthalate) como aerossol de desao, em quan-
tidades altssimas, assim como os equipamentos da
poca exigiam.
No entanto, com a evoluo dos instrumentos fo -
tmetros, que os tornou mais sensveis e estveis, foi
possvel reduzir a concentrao de aerossol de DOP
montante dos ltros para nveis em torno de 15mg/m3 ou
15 microgramas por litro.
J no incio dos anos 90, o aerossol de desao foi
mudado para o PAO (Emery 3004 - poly-alpha-olen),
que se tornou o novo padro para indstria, sendo man-
tido nas mesmas concentraes de seu antecessor.
Atualmente, tambm largamente utilizado o aeros-
sol DEHS (di-etil-hexil-sebacate) para uso em ensaiosde ecincia de ltros e eventualmente para ensaios
para deteco vazamentos em sistema ltrante instala-
do, conforme previsto na norma NBR ISO 14644-3.
Medl e dud es mpv
Primeiramente foram focalizados dois aspectos do
estudo: a distribuio do aerossol montante dos ltros;
e a comparao entre os resultados obtidos nos ensaios
com os instrumentos diferentes (CPD x fotmetro).
Para a realizao deste estudo, foi utilizado um
dispositivo composto: por um ventilador ligado a uma
cabine uxo unidirecional; um microgerador de aerossol
por bico de Laskin; um gerador de aerossol convencio-
nal com trs bicos de Laskin; um diluidor calibrado; um
contador de partculas discretas com vazo de 1 cfm; e,
dois fotmetros.
O ltro utilizado para o estudo tinha meio ltrante
classe H-13 (EN 1822) composto por um papel de micro-
bra de vidro plissado (plissado plano), com as dimen-
ses de 1220 mm por 610 mm (largura x altura).
O conjunto diluidor - CPD est previsto na norma
ISO 14644-3 e o fator de diluio foi determinado emfuno da concentrao de aerossol gerado montante
do ltro, mantendo uma amostragem estatisticamente
relevante para o ensaio. J a sonda de amostragem iso -
cintica utilizada e a velocidade de escaneamento foram
calculadas conforme disposto na norma ISO 14644-3.
Para o posicionamento dos rastreadores foi utilizado
um dispositivo mecnico com uma haste presa a uma
base mvel com medidores que possibiltavam os deslo-
camentos nos eixos X e Y (foto 1).
F 1 Dispositivo de ensaio
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artigo tcnico
resulds ds ess
Vericao da uniformidade do aerossol de desao
montante do ltro HEPA ensaiado
Para avaliar a uniformidade na distribuio do aerossol
de desao (na concentrao de 0,2g/litro), foram ins-
talados 18 pontos para tomadas de amostra, uniforme-
mente distribudas na parte posterior da cabine, confor-
me apresentado na foto 2.
F 2 Pontos de amostragem para a verifcaoda uniormidade do aerossol montante do fltro
ensaiado.
Foram realizadas amostras em 4 pontos escolhidos
aleatoriamente (conforme a gura 1) e os resultados ob-
tidos esto apresentados na tabela 1.
ponto5
ponto1
ponto8
ponto17
Fu 1 pontos de amostragem jusante do fltroHEPA ensaiado
Nota:
As partculas objeto do estudo foram cuidadosamen-
te escolhidas (0,3 e 0,5), pois os CPD disponveis
no mercado apresentam, quando no os dois, pelo
menos um canal de leitura para estes dimetros.
Tabela 1 - Contagem de partculas nos pontos 1, 5, 8 e 17 (aerossol: PAO)
Resultados obtidos nospontos de amostragem
Leitura 1 Leitura 2 Leitura 3 Leitura 4 Leitura 5 Leitura 6 Mdia
Ponto 1
Partculas 0,3m 22731 23391 22625 22713 22461 23610 22919
Partculas 0,5m 6911 7280 6801 6671 6867 7280 6968
Ponto 5
Partculas 0,3m 23682 22833 23203 23559 23121 22631 23172
Partculas 0,5m 7421 7051 7174 7208 7391 7074 7220
Ponto 8
Partculas 0,3m 23105 23150 23950 23137 23503 23017 23310
Partculas 0,5m 7241 7195 7614 7032 7481 7236 7300
Ponto 17
Partculas 0,3m 23298 23093 22661 22556 22636 23096 22885
Partculas 0,5m 7341 7106 7014 7134 7224 7435 7209
Nota: Resultados lidos pelo contador de partculas discretas (CPD) com um diluidor acoplado na sua admisso de ar. O fator
de diluio do diluidor calibrado de 468:1.
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Tabela 2 - Contagem de partculas nos pontos 1, 5, 8 e 17 (aerossol: DEHS)
Resultados obtidos nos pontos deamostragem
Leitura 1 Leitura 2 Leitura 3 Leitura 4 Leitura 5 Leitura 6 Mdia
Ponto 1Partculas 0,3m 19408 19399 19694 19309 19546 19152 19418
Partculas 0,5m 7770 7760 7901 7961 7841 7782 7836
Ponto 5
Partculas 0,3m 19857 19444 19423 19490 19669 19260 19524
Partculas 0,5m 8138 8066 7963 7953 8095 7923 8023
Ponto 8
Partculas 0,3m 19458 19101 19295 19013 19378 18835 19180
Partculas 0,5m 7923 7750 7839 8007 7811 7907 7873
Ponto 17
Partculas 0,3m 18780 19234 18931 18708 18662 19131 18908
Partculas 0,5m 7810 7826 7785 7845 7653 7557 7746
Nota: Resultados lidos pelo contador de partculas discretas (CPD) com um diluidor acoplado na sua admisso de ar. O fator
de diluio do diluidor calibrado de 468:1.
Tabela 4 - Nmero efetivo de partculas presentes montante do ltro HEPA ensaiado
(aerossol: DEHS, corrigido em funo da diluio)Ponto 1
Partculas de
Ponto 5Partculas de
Ponto 8Partculas de
Ponto 17Partculas de
0,3m 0,5m 0,3m 0,5m 0,3m 0,5m 0,3m 0,5m
Mdia 19.418 7.836 19.524 8.023 19.180 7.873 18.908 7.746
Fator de
Diluio468 468 468 468 468 468 468 468
Partculas a
montante18.177.264 7.335.153 18.276.335 7.510.361 17.954.471 7.369.789 17.699.539 7.251.060
Tabela 3 - Nmero efetivo de partculas presentes montante do ltro HEPA ensaiado(aerossol: PAO, corrigido em funo da diluio)
Ponto 1Partculas de
Ponto 5Partculas de
Ponto 8Partculas de
Ponto 17Partculas de
0,3m 0,5m 0,3m 0,5m 0,3m 0,5m 0,3m 0,5m
Mdia 22.919 6.968 23.172 7.220 23.310 7.300 22.885 7.209
Fator de
Diluio468 468 468 468 468 468 468 468
Partculas
a montante21.454.407 6.523.083 21.690.930 6.758.514 21.820.892 6.833.402 21.422.736 6.748.372
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Para a gerao do aerossol a partir de PAO, a mdia
do nmero de partculas de 0,3m encontrada foi de
21.597.241 partculas, com um desvio padro de 191.181
partculas e uma variao 0,9%. J os resultados para
as partculas de 0,5m, a mdia foi de 6.715.843, com
desvio padro de 133.984 e a variao 2,0%.
No caso do aerossol gerado com DEHS, foi encon-
trada a mdia de 18.026.902 partculas de 0,3m, com
um desvio padro de 256.410 partculas e uma variao
de 1,4%. J para as partculas de 0,5m, a mdia en -
contrada foi de 7.366.591, com desvio de 108.037 e a
variao 1,5%.
Estes resultados permitem admitir que a concentra-
o de aerossol, tanto PAO como DEHS montante do
ltro HEPA ensaiado est uniformemente distribuda,tendo em vista que as variaes encontradas esto sig-
nicativamente abaixo do limite admissvel descrito na
norma NBR ISO 14644-3, que de 15%.
Ensaio para a deteco de vazamentos atravs de
diferentes mtodos e instrumentos.
Aps a constatao da homogeneidade e uniformida-
de da concentrao de aerossol de desao montante
do ltro HEPA instalado, foi possvel dar prosseguimento
ao estudo visando a deteco e comparao dos vaza-
mentos encontrados atravs dos diferentes mtodos e
instrumentos de ensaio.
Para tanto, algumas condies preestabelecidas fo-
ram necessrias:
Para a deteco de vazamentos e execuo dos
ensaios, foram feitos pequenos furos aleatoriamente
distribudos no meio ltrante do ltro HEPA ensaiado.
Estes furos foram feitos com agulhas hipodrmicas com
dimetro aproximado de 0,3mm, de forma a provocar
vazamentos controlados em seis pontos distintos no
meio ltrante, visando a determinao e comparao
dos resultados obtidos atravs dos diferentes mtodos
e condies. Em algumas posies foram feitos diversos
furos de forma a simular furos maiores.
Foram determinadas sete condies para ensaio
atravs da combinao do tamanho das partculas, equi-
pamento de medio, tipo e concentrao de aerossol,
conforme descrito na tabela 5.
Toda a rea de face do ltro foi escaneada, assimcomo a gaxeta de vedao, selante e estrutura de
sustentao, estando os resultados obtidos pelas me-
todologias empregadas dentro das condies normais
de utilizao dos ltros.Nas condies 1, 2, 3 e 4 cujo
instrumento utilizado foi o CPD, foi acoplado sua sonda
de leitura um diluidor de concentrao, visando prote -
o do mesmo. Nesta situao, a relao de diluio do
diluidor foi de 1:500 partculas.
Alm disso, a concentrao mdia de aerossol em-
pregada foi de 0,2 microgramas/litro tanto para o aeros-
sol de PAO quanto para o aerossol de DEHS.
A tabela 6 apresenta as quantidades mdias de
partculas lidas montante do ltro HEPA para ambos
os aerossis.
Tabela 5 - Condies determinadas para o ensaiopara a deteco dos vazamentos controlados.
Condio Equipamento Aerossol Tamanho da partculaConcentrao a
montante
1
Contador de Partculas
Discretas
PAO
0,3 m
< 0,3 g/L2 0,5 m
3DEHS
0,3 m
4 0,5 m
5
Fotmetro PAO N/A
~ 6 g/L
6 10 g/L < x < 20 g/L
7 > 20 g/L
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Tabela 6 - Quantidade de partculas mdia medidas na concentrao de 0,2g/LQuantidade mdia aproximada de partculas montante do ltro HEPA (concentrao 0,2g/L)
Aerossol de PAO Aerossol de DEHS
0,3m 0,5m 0,3m 0,5m
21.600.000 6.700.000 18.000.000 7.200.000
Tabela 7 - Mdia dos vazamentos encontrados a partir das leituras com o CPDe concentrao montante de 0,2 g/L. Partculas 0,3m. (aerossol: PAO)
0,3m 1 2 3 4 5 Mdia Desvio
Furo 1 0,038% 0,037% 0,037% 0,037% 0,038% 0,037% 0,000%
Furo 2 0,007% 0,007% 0,008% 0,008% 0,007% 0,007% 0,000%
Furo 3 0,021% 0,022% 0,021% 0,020% 0,021% 0,021% 0,001%
Furo 4 0,013% 0,013% 0,013% 0,012% 0,013% 0,013% 0,000%
Furo 5 0,137% 0,135% 0,138% 0,134% 0,137% 0,135% 0,003%
Furo 6 0,329% 0,324% 0,315% 0,319% 0,329% 0,321% 0,006%
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de vedao especificado. Aps fabricao, necessrio a
higienizao do duto e o fechamento das bocas com filme
plsco, para evitar a contaminao.
Dutos TDC para Sala Limpa
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Tabela 9 - Mdia dos vazamentos encontrados a partir das leituras com o CPD
e concentrao montante de 0,2 g/L. Partculas 0,3m. (aerossol: DEHS)0,3m 1 2 3 4 5 Mdia Desvio
Furo 1 0,036% 0,037% 0,036% 0,036% 0,038% 0,037% 0,001%
Furo 2 0,008% 0,008% 0,008% 0,008% 0,007% 0,008% 0,000%
Furo 3 0,020% 0,020% 0,020% 0,021% 0,020% 0,020% 0,000%
Furo 4 0,013% 0,012% 0,012% 0,013% 0,013% 0,013% 0,000%
Furo 5 0,135% 0,132% 0,132% 0,134% 0,136% 0,134% 0,002%
Furo 6 0,318% 0,318% 0,314% 0,321% 0,318% 0,318% 0,003%
Tabela 10 - Mdia dos vazamentos encontrados a partir das leituras com o CPDe concentrao montante de 0,2 g/L. Partculas 0,5m. (aerossol: DEHS)
0,5m 1 2 3 4 5 Mdia Desvio
Furo 1 0,032% 0,032% 0,032% 0,031% 0,033% 0,032% 0,001%
Furo 2 0,007% 0,007% 0,006% 0,007% 0,007% 0,007% 0,000%
Furo 3 0,018% 0,019% 0,019% 0,018% 0,019% 0,019% 0,001%
Furo 4 0,011% 0,010% 0,011% 0,010% 0,011% 0,011% 0,000%
Furo 5 0,116% 0,113% 0,111% 0,113% 0,114% 0,113% 0,002%
Furo 6 0,299% 0,304% 0,291% 0,295% 0,298% 0,297% 0,005%
Tabela 11 - Ensaio com o fotmetro - Concentrao montante do ltro HEPA (g/L)
Ponto 1 Ponto 5 Ponto 8 Ponto 17
5,8 5,8 5,7 5,7
Tabela 8 - Mdia dos vazamentos encontrados a partir das leituras com o CPDe concentrao montante de 0,2 g/L. Partculas 0,5m. (aerossol: PAO)
0,5m 1 2 3 4 5 Mdia Desvio
Furo 1 0,035% 0,032% 0,033% 0,034% 0,034% 0,034% 0,001%
Furo 2 0,006% 0,007% 0,007% 0,006% 0,006% 0,006% 0,000%
Furo 3 0,018% 0,019% 0,019% 0,017% 0,018% 0,018% 0,001%
Furo 4 0,011% 0,010% 0,011% 0,010% 0,010% 0,010% 0,000%
Furo 5 0,122% 0,117% 0,120% 0,115% 0,115% 0,118% 0,003%
Furo 6 0,324% 0,310% 0,305% 0,314% 0,299% 0,310% 0,009%
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Tabela 12 - Vazamentos encontrados pelo fotmetrocom concentrao mdia montante de 5,7g/L.
1 2 3 4 5 Mdia Desvio
Furo 1 0,035% 0,037% 0,039% 0,038% 0,037% 0,037% 0,001%
Furo 2 0,010% 0,010% 0,009% 0,010% 0,008% 0,009% 0,001%
Furo 3 0,022% 0,022% 0,022% 0,022% 0,023% 0,022% 0,000%
Furo 4 0,014% 0,013% 0,014% 0,014% 0,014% 0,014% 0,000%
Furo 5 0,130% 0,130% 0,130% 0,130% 0,130% 0,130% 0,000%
Furo 6 0,320% 0,310% 0,310% 0,310% 0,320% 0,314% 0,005%
Tabela 13 - Ensaio com o fotmetro - Concentrao montante do ltro HEPA (g/L)
Ponto 1 Ponto 5 Ponto 8 Ponto 17
14,1 14,2 14,1 14,2
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Tabela 14 - Vazamentos encontrados pelo fotmetro com concentraomdia montante de 14,2g/L.
1 2 3 4 5 Mdia Desvio
Furo 1 0,037% 0,034% 0,035% 0,036% 0,035% 0,035% 0,0011%
Furo 2 0,008% 0,007% 0,008% 0,009% 0,009% 0,008% 0,0006%
Furo 3 0,022% 0,021% 0,021% 0,020% 0,021% 0,021% 0,0007%
Furo 4 0,013% 0,013% 0,013% 0,013% 0,013% 0,013% 0,0000%
Furo 5 0,130% 0,120% 0,120% 0,120% 0,120% 0,122% 0,0045%
Furo 6 0,320% 0,310% 0,310% 0,310% 0,300% 0,310% 0,0071%
Tabela 16 - Vazamentos encontrados pelo fotmetro com concentraomdia montante de 23,2g/L.
1 2 3 4 5 Mdia Desvio
Furo 1 0,036% 0,035% 0,034% 0,035% 0,034% 0,035% 0,001%
Furo 2 0,008% 0,008% 0,008% 0,008% 0,008% 0,008% 0,000%
Furo 3 0,020% 0,020% 0,021% 0,020% 0,020% 0,020% 0,000%
Furo 4 0,012% 0,013% 0,013% 0,012% 0,012% 0,012% 0,001%
Furo 5 0,120% 0,120% 0,120% 0,120% 0,120% 0,120% 0,000%
Furo 6 0,310% 0,310% 0,310% 0,300% 0,310% 0,308% 0,004%
Tabela 15 - Ensaio com o fotmetro - Concentrao montante do ltro HEPA (g/L)
Ponto 1 Ponto 5 Ponto 8 Ponto 17
23,2 23,3 23,3 23,2
resum ds esulds
e lusA tabela 17 apresenta um resumo do comparativo
entre os resultados encontrados para as diferentes me-
todologias utilizadas para a deteco dos vazamentos
criados no ltro ensaiado.
Os resultados obtidos evidenciam que, assim como a
metodologia de ensaio para a deteco de vazamentos
atravs do mtodo com fotmetro, os ensaios com baixa
concentrao de aerossol e a deteco de vazamentos
atravs do mtodo com o contador de partculas discre-
tas (CPD) podem ser plenamente aplicveis na deteco
de vazamentos em sistemas de ltragem instalados.Por m, o grco 1 demonstra que a metodologia de
ensaio com baixa concentrao de aerossol e o uso do
CPD apresenta resultados conveis, tanto para a detec-
o de pequenos vazamentos (prximos ao limite mnimo
admissvel) como de vazamentos mais importantes.
Conclui-se, portanto, a validade do mtodo para a
deteco de vazamentos em sistema ltrante instalado
atravs do CPD e do uso da baixa concentrao de ae-
rossol, bem como os seus benefcios associados, nas
condies de ensaio e equipamentos utilizados.
-
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10/10
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Tabela 17 - Quadro comparativo entre metodologias
Contador de Partculas Discretas Fotmetro
Desvio
PadroPAO DEHS PAO
0,3 m 0,5 m 0,3 m 0,5 m ~6 g/L ~15 g/L ~23 g/L
Def. 1 0,037% 0,034% 0,037% 0,032% 0,037% 0,035% 0,035% 0,002%
Def. 2 0,007% 0,006% 0,008% 0,007% 0,009% 0,008% 0,008% 0,001%
Def. 3 0,021% 0,018% 0,020% 0,019% 0,022% 0,021% 0,020% 0,001%
Def. 4 0,013% 0,0105 0,013% 0,011% 0,014% 0,013% 0,012% 0,001%
Def. 5 0,131% 0,118% 0,134% 0,113% 0,130% 0,122% 0,120% 0,008%
Def. 6 0,321% 0,310% 0,318% 0,297% 0,314% 0,310% 0,308% 0,008%
Fu 2 Resultado do ensaio de vazamento por mtodo/instrumento
Ll de es
Milholand & Associates Lab
Holly SpringsRaleigh Carolina do Norte EUA
Data dos Ensaios: 13 e 14 de Dezembro de 2011
rees bblfs
Moore Jr.,D.R. , J.G.Marshall, M.A.Kennedy -
Comparative Testing of Challenge Aerosols in HEPA
lters with Controlled Defects - Pharmaceutical
Engineering March - April, 1994.
Bryan, Eugene; Kitch, Bill; Meek, Jim; Milholland,
Dan; Nance, Nathaniel -Alternative Test
Methodology for In-Situ Testing of e PTFE
HEPA lters for Pharmaceutical ApplicationsPharmaceutical Engineering November - December,
2011.
Pereira, Marcos A. V. -Avaliao de metodologia
para ensaios de deteco de pontos de vazamento
em sistemas de ltros HEPA instalados utilizando-se
contador de partculas discretas Trmica Brasil
Dezembro, 2011.
ABNT NBR ISO 14644-3: salas limpas e ambientes
controlados associados Parte 3: Mtodos de ensaio
2009.
Penetraoatravsdofltro[%]
Nmero do defeito
CPD PAO 0,3 m
CPD PAO 0,5 m
CPD DEHS 0,3 m
CPD DEHS 0,5 m
Fotmetro PAO ~6g/L
Fotmetro PAO ~15g/L
Fotmetro PAO ~23g/L
0,35%
0,30%
0,10%
0,05%
0,00%
1 2 3 4 5 6
0,15%
0,20%
0,25%