In 1985 I was a young semiconductor engineer. PC’s had monochrome screens, 256k RAM and 8-bit microprocessors, we were building cleanrooms by screwing FRP to sheet metal studs (now referred to as standard construction). Fast forward 37 years and in 2022, customers have the additional choices of modular cleanroom construction and more recently PODs.
Figura 1. Cuarto Limpio modularLos cuartos limpios modulares usan componentes prefabricados e instaladores lo cual reduce significativamente el tiempo de construcción de el cuarto limpio. La compañia dedicada al diseño de cuartos limpios modulares típicamente se responsabiliza de todos los elementos que conlleva el proyecto de cuarto limpio modular. A diferencia de el método de construcción básico,el cuarto limpio es diseñado por un arquitecto quien a su vez lo asigna a un contratista quien se encarga de integrarlo al proyecto en general. El contratista se encarga de terminar los detalles adicionales – tablaroca, cielo, aire acondicionado, electricidad, pisos, asignar a otros subcontratistas para finalizar el proyecto. Como resultado, usar la tecnología modular para cuarto limpio reduce significativamente el tiempo necesario para construir el cuarto limpio.
Figura 2. Construcción estándar vs. Construcción modularLos cuartos limpios modulares son flexibles. El cliente puede elegir entre una gran variedad de superficies para páneles modulares incluyendo vinyl, melamina, FRP, pintura en aluminio y acero inoxidable. Las opciones para el interior de la pared modular incluyen el diseño panal de abeja, diseño panal de abeja en aluminio, poliestireno con yeso, y espuma de poliisocianurato. Se debe considerar al mencionar opciones al cliente el costo, resistencia a los químicos, características para disipar la estática, resistencia al fuego, aislante al sonido, aislante al calor, resistencia a la humedad. Ventanas de piso a techo son también una opción cuando se elige un cuarto limpio modular.
Fig. 3 Paneles de pared modularesLa construcción básica de pared para cuarto limpio es comunmente resina epoxídica con pintura sobre yeso con refuerzo de metal. Otros métodos de construcción más comunes incluyen cubrir la pared de yeso con FRP u hojas de aluminio.
El sistema de pared modular usa una base de canal hecho de aluminio anodizado, postes conectores, tapas para canal y postes para esquina. Estos componentes dan forma y estructura al cuarto limpio. Típicamente los postes conectores incluyen canales internos para alojar el cableado necesario para apagadores eléctricos, recépticos y datos. El aluminio anodizado provee buena resistencia a los quimicos usados para limpieza semanal o diaria.
Figura 4. Postes de conexión de aluminioLos cuartos limpios modulares utilizan el espacio libre entre techo y cielo para hacer circular el aire que proviene de los filtros HEPA y así eliminar la contaminación en el cuarto limpio. El espacio entre techo y cielo se utiliza también como un elemento estructural para colocar las piezas de cielo, luces y el sistema de filtros HEPA. En la mayoría de los casos el sistema de aire acondicionado también es colocado en el techo (arriba de el cuarto limpio).
Figura 5. Cuarto limpio de recirculación modular con cámara de presión negative Los cuartos limpios comunmente usan filtros HEPA conectados a ductos de aire a diferencia de utilizar el espacio libre entre techo y cielo para ventilación. Este método require mantenimiento constante y puede resultar costoso cuando el cuarto limpio cuenta con un gran número de filtros HEPA.
Figura 6. Diseño de cuarto limpio con conductosModular cleanroom installation is quick and clean as all components are precut to size at the factory. There is no cutting or painting on the jobsite. This is important as often the modular cleanroom is going into an active factory environment and customers want to minimize the disruption of on going production.
Figura 7. Instalación de sala blanca modular Otros beneficios de los cuartos limpios modulares son expansión y modificaciones más fáciles ya que las paredes en un cuarto limpio modular se pueden remover y re-instalar en una configuración distinta o incluso más amplia. A su vez, en los EUA los cuartos limpios modulares muy comunmente son clasificados como equipo de trabajo y reciben un mejor trato en impuestos.
La aceptación hacia los cuartos limpios modulares ha crecido a un paso lento pero seguro. Su crecimiento fue limitado debido a varios factores. La mayoría de los arquitectos no reciben una educación significativa sobre construcción modular y no la utilizan de manera constante, por lo que los diseños mas comunes tienden a ser de construcción básica. Los contratistas son experimentados en lo que se refiere a la construcción básica y tienen establecidos a subcontratistas para paredes interiores, cielo, y mecánica. Muy comunmente el cuarto limpio es considerado como una parte muy pequeña en referencia al proyecto en su totalidad, y el contratista decide no incluir a un subcontratista adicional.
Los contenedores (POD) son una evolución del concepto de construcción modular. En lugar de usar paneles de pared y techo 4’x10’, los contenedores miden 40’x8’ cada sección, el cual es formado en fabrica y ensamblado en el lugar de trabajo. La ventaja es una construcción en sitio más rápida. Sin embargo, secciones de mayor dimensión resultan en más elementos estructurales necesarios para su transportación lo cual incrementa el costo. Los usuarios de contenedores mas comunes se encuentran en el ramo farmaceútico, los cuales tienden a aceptar un costo elevado.
Figure 8. Foto del sitio web de gconLos cuartos limpios de construcción básica son aún muy comunes. Especialmente cuando el cuarto limpio es de una clase baja, donde el costo es prioridad y una instalación lenta no es problema. Sin embargo, el día de hoy el cliente cuenta con la opción modular, los contenedores y construcción básica para llevar a cabo su cuarto limpio.
Anthony Chien ha sido presidente de American Cleanroom Systems durante los últimos 10 años. Tiene una licenciatura y una maestría en ingeniería eléctrica de la Universidad de Illinois y ha estado trabajando en la industria de salas limpias durante los últimos 36 años. Se le puede contactar en anthony@americancleanrooms.com anthony@americancleanrooms.com
Preguntas frecuentes
Q: How much faster is building a modular cleanroom vs. building a stick built cleanroom?
A: The time necessary to design, manufacture and install of modular cleanroom and a stick built cleanroom varies by size and classification. Typically, a modular cleanroom can be built in about half the time as a stick built cleanroom.
Q: Why did old cleanrooms use ducted passive HEPA filters?
A: The ducted passive HEPA filter cleanroom design was industry standard starting in the 1950’s. The biggest users of cleanrooms were semiconductor manufacturing. Their need for class 100 rooms with tight temperature and humidity control drove this design.
As market for cleanrooms expanded into other industries with less demanding needs (class 10k and class 100k cleanrooms) such as printed circuit boards, medical device the popularity of modular cleanrooms using HEPA fan filter units grew. The modular cleanroom plenum design with HEPA fan filter units and standard commercial AC significantly reduced the lead time and cost of the cleanroom.
Q: What is difference between balancing a modular cleanroom with HEPA fan filter units and balancing a stick built cleanroom with ducted HEPA filters?
A: Balancing a modular cleanroom is fairly quick and simple. Adjusting the make up air from AC to cleanroom plenum raises or lowers the cleanroom room pressure. Individual room pressure can be adjusted thru dampers on return air grills. Typically it only needs to be done once and will stay balanced.
Balancing a stick built cleanroom with ducted HEPA filters is a major effort requiring putting a manometer hood on each HEPA filter and adjusting the dampers in each HEPA and main distribution ducts to get the correct air flow. This process needs to be redone on regular basis as the dampers in the ducting will move over time due to vibration and the high volume of air passing thru the main ducts. Due to the differences in distance from each HEPA to the air handler it can be challenging to get sufficient air flow thru HEPAs that are farther away.
Q: Is it hard to get building permits for modular cleanrooms?
A: The building code allows modular cleanrooms. The widespread adoption of modular cleanrooms means building departments are familiar with modular design and can approve it.
Q: I am renting my space and will have to move in 3 years. What is advantage of building a modular cleanroom over a stick built cleanroom?
A: A stick built cleanroom cannot be moved so tenant typically has to demolish it to restore leased area to original state when they end the lease. A modular can be disassembled, moved to new location and re-assembled saving customer significant money.
Q: What percentage of cleanrooms are modular?
A: A 2025 global study estimated that 48% of new cleanrooms are modular cleanrooms. The percentage continues to rise.
Q: What is difference in AC for modular cleanroom with HEPA fan filter units vs. a stick built ducted HEPA cleanroom?
A: Stick built ducted HEPA cleanrooms require expensive custom air handlers as part of the AC system to drive sufficient air changes per hour reach cleanroom class. Modular cleanrooms relay on HEPA fan filter units to provide sufficient HEPA filtered air changes per hour to meet cleanroom class and can use less expensive and readily available commercial DX AC units to provide cooling. This means lower cost and shorter lead time.
Q: Do modular cleanrooms cost more than stick built cleanrooms?
A: In most cases, modular cleanrooms are comparable in cost to stick built cleanrooms. The biggest reason people choose modular cleanrooms is the 50% faster completion time.
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