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Filtro mecánico (respirador)

Mascarilla filtrante de media cara, respirador elastomérico reutilizable con filtros tipo panqueque reemplazables de color rosa y válvula de exhalación de color gris
Los respiradores elastoméricos de cara completa sellan mejor. [1]

Los filtros mecánicos , que forman parte de los respiradores de partículas , son una clase de filtro para respiradores purificadores de aire que impiden mecánicamente que las partículas lleguen a la nariz y la boca del usuario. Vienen en múltiples formas físicas.

Mecanismo de funcionamiento

Las partículas pequeñas zigzaguean debido al movimiento browniano y son capturadas fácilmente ( difusión ). Las partículas grandes se filtran ( intercepción ) o tienen demasiada inercia para girar y chocan contra una fibra ( impactación ). Las partículas de tamaño mediano siguen líneas de flujo y tienen más probabilidades de pasar a través del filtro; el tamaño más difícil de filtrar es el de 0,3 micrones de diámetro. [2]
Mecanismos de filtrado

Los respiradores con filtro mecánico retienen partículas como el polvo que se crea durante el trabajo de la madera o el procesamiento de metales cuando el aire contaminado pasa a través del material filtrante. Hoy en día, todavía se utiliza lana como filtro, junto con plástico, vidrio, celulosa y combinaciones de dos o más de estos materiales. Dado que los filtros no se pueden limpiar ni reutilizar y tienen una vida útil limitada, el costo y la posibilidad de desecharlos son factores clave. Existen modelos de un solo uso, desechables y con cartucho reemplazable. [3]

Los filtros mecánicos eliminan los contaminantes del aire de las siguientes maneras: [4] [5]

  1. por intercepción cuando las partículas que siguen una línea de flujo en la corriente de aire llegan a un radio de una fibra y se adhieren a ella; [3]
  2. por impactación , cuando partículas más grandes que no pueden seguir los contornos curvos de la corriente de aire se ven obligadas a incrustarse directamente en una de las fibras; esto aumenta con la disminución de la separación de las fibras y la mayor velocidad del flujo de aire [3]
  3. por un mecanismo de mejora llamado difusión , donde las moléculas de gas chocan con las partículas más pequeñas, especialmente aquellas de menos de 100 nm de diámetro, que de ese modo se ven impedidas y retrasadas en su camino a través del filtro; este efecto es similar al movimiento browniano y aumenta la probabilidad de que las partículas sean detenidas por cualquiera de los dos mecanismos anteriores; se vuelve dominante a velocidades de flujo de aire más bajas [3]
  4. mediante el uso de material de filtro electret (generalmente, fibras plásticas electrohiladas) para atraer o repeler partículas con carga electrostática , de modo que tengan más probabilidades de colisionar con la superficie del filtro [4] [5]

Los mecanismos más oscuros incluyen:

  1. mediante el uso de ciertos recubrimientos sobre las fibras que matan o desactivan las partículas infecciosas que chocan con ellas (como la sal) [6]
  2. mediante el uso de la gravedad y permitiendo que las partículas se depositen en el material del filtro (este efecto suele ser insignificante) [7]

Si se consideran únicamente las partículas transportadas por una corriente de aire y un filtro de malla de fibra, la difusión predomina por debajo del tamaño de partícula de 0,1 μm de diámetro. La impactación y la intercepción predominan por encima de 0,4 μm. Entre medias, cerca del tamaño de partícula más penetrante de 0,3 μm, predominan la difusión y la intercepción. [3]

Sección transversal de filtros P95 aprobados por NIOSH utilizados en operaciones de metalurgia . Incluso los procesos industriales "limpios" suelen generar grandes cantidades de partículas nocivas y requieren protección respiratoria.

Materiales

Los filtros mecánicos pueden estar hechos de una malla fina de fibras de polímero sintético . [8] [9] Las fibras se producen mediante soplado en estado fundido . [10] Las fibras se cargan a medida que se soplan para producir un electreto , [11] y luego se colocan en capas para formar una tela de polipropileno no tejida . [8] [9]

Usos

Respiradores con máscara filtrante

Los respiradores con mascarilla filtrante se componen principalmente del propio medio de filtración mecánica y se desechan cuando se vuelven inutilizables debido a daños, suciedad o resistencia excesiva a la respiración. [12] Las mascarillas filtrantes suelen ser máscaras simples, ligeras, de una sola pieza y de media cara, y emplean los tres primeros mecanismos de filtrado mecánico de la lista anterior para eliminar partículas de la corriente de aire. La más común de ellas es la variedad N95 estándar desechable blanca; otro tipo es la mascarilla quirúrgica N95 . Se desecha después de un solo uso o de un período prolongado según el contaminante. NIOSH recomienda no reutilizar las mascarillas filtrantes en laboratorios de nivel de bioseguridad 2 o 3. [13]

Respiradores elastoméricos

Respirador elastomérico purificador de aire de media cara. Este tipo de respirador es reutilizable y los filtros se reemplazan periódicamente.

Los respiradores elastoméricos , también llamados respiradores purificadores de aire reutilizables, [14] se sellan a la cara con material elastomérico , que puede ser caucho natural o sintético . Por lo general, son reutilizables. Las versiones de respiradores elastoméricos que cubren toda la cara sellan mejor y protegen los ojos. [15]

Los respiradores elastoméricos consisten en una máscara reutilizable que se sella a la cara, con filtros intercambiables. [16] [17] Los respiradores elastoméricos se pueden utilizar con filtros de cartucho químico que eliminan gases, filtros mecánicos que retienen partículas o ambos. [18] Como filtros de partículas, son comparables [16] (o, debido a la calidad y tolerancia a errores del sello elastomérico, posiblemente superiores [18] ) a los respiradores con máscara filtrante como la mayoría de los respiradores N95 desechables y las máscaras FFP . [16]

Respiradores purificadores de aire motorizados (PAPR)

Un respirador purificador de aire motorizado (PAPR) es un tipo de respirador que se utiliza para proteger a los trabajadores contra el aire contaminado . Los PAPR consisten en un conjunto de casco y ventilador que toma el aire ambiental contaminado con uno o más tipos de contaminantes o patógenos , elimina activamente (filtra) una proporción suficiente de estos peligros y luego envía el aire limpio a la cara o la boca y la nariz del usuario. Tienen un factor de protección asignado más alto que los respiradores con máscara filtrante, como las mascarillas N95 . A los PAPR a veces se los llama mascarillas de presión positiva, unidades de soplado o simplemente sopladores.

Normas de filtración

Normas de EE. UU. (N95 y otras)

Un video que describe las pruebas de certificación N95

En virtud de la revisión actual de la Parte 84 establecida en 1995, NIOSH estableció nueve clasificaciones de respiradores con filtrado de partículas aprobados en función de una combinación de la serie del respirador y el nivel de eficiencia. La primera parte de la clasificación del filtro indica la serie utilizando las letras N, R o P para indicar la resistencia del filtro a la degradación de la eficiencia de filtración cuando se expone a aerosoles a base de aceite o similares (por ejemplo, lubricantes, fluidos de corte, glicerina, etc.). [19] [20] [21] A continuación se indican las definiciones y el uso previsto para cada serie. [22]

  • N de no resistente al aceite . Se utiliza cuando no hay partículas de aceite. Probado con partículas de cloruro de sodio .
  • R de resistente al aceite . Se utiliza cuando hay partículas de aceite y el filtro se desecha después de un turno. Probado con partículas de aceite de ftalato de dioctilo (DOP).
  • P de a prueba de aceite . Se utiliza cuando hay partículas de aceite y el filtro se reutiliza durante más de un turno. Probado con partículas de aceite DOP.

El segundo valor indica el nivel mínimo de eficiencia del filtro. Al probarse según el protocolo establecido por NIOSH, cada clasificación de filtro debe demostrar el nivel mínimo de eficiencia que se indica a continuación.

Todos los tipos de respiradores están permitidos para TB . [23] [24] Los filtros de clase 100 pueden bloquear el asbesto . [25] Para los filtros de tipo N , se utiliza una carga de 200 mg de NaCl , con un tiempo de servicio indefinido. Para los filtros de tipo R , se utilizan 200 mg de DOP, con un tiempo de servicio definido de "un turno de trabajo". Para los filtros de tipo P , se utiliza una cantidad indefinida de DOP hasta que se estabilice la eficiencia de filtración. [26] Los filtros P100, según la parte 84 del título 42 del CFR, son los únicos filtros que se permite que sean de color magenta. [27]

Los filtros con la etiqueta HE (alta eficiencia) (descritos en la subsección) solo se proporcionan para respiradores purificadores de aire motorizados . Los filtros con la etiqueta HE tienen una eficiencia del 99,97 % contra partículas de 0,3 micrones y son resistentes al aceite. [28] [29] [30]

Dado que los filtros se prueban contra el tamaño de partícula más penetrante por definición de 0,3 μm , un APR con una clasificación P100 tendría al menos un 99,97 % de eficiencia en la eliminación de partículas de este tamaño. [21] Las partículas con un tamaño menor y mayor que 0,3 μm pueden filtrarse con una eficiencia mayor que el 99,97 %. [31] [32] Sin embargo, este puede no ser siempre el caso, ya que se midió que el tamaño de partícula más penetrante para N95 estaba por debajo de 0,1 μm, a diferencia del tamaño previsto de entre 0,1 y 0,3 μm. [33]

Normas europeas (FFP2 y otras)

Mascarillas FFP2
Mascarilla facial FFP2 sin válvula de exhalación

La norma EN 149 define los requisitos de rendimiento para tres clases de mascarillas filtrantes de partículas : FFP1, FFP2 y FFP3. La protección proporcionada por una mascarilla FFP2 (o FFP3) incluye la protección proporcionada por una mascarilla de las clases inferiores.

Una mascarilla que cumpla la norma debe tener escrita su clase, junto con el nombre de la norma y su año de publicación, así como cualquier código de opción aplicable, por ejemplo, “EN 149:2001 FFP1 NR D”. Algunos fabricantes utilizan además el color de la banda elástica para identificar la clase de mascarilla; sin embargo, la norma EN 149 no especifica ningún código de colores de este tipo y diferentes fabricantes han utilizado diferentes esquemas de colores.

Filtro 3M 2091 con homologación P3-BR

La norma europea EN 143 define las clases «P» de filtros de partículas que se pueden colocar en una mascarilla. Estos filtros se utilizan normalmente en respiradores reutilizables, como los respiradores elastoméricos . [35]

Tanto la norma europea EN 143 como la EN 149 prueban la penetración de los filtros con aerosoles de cloruro de sodio seco y aceite de parafina después de almacenar los filtros a 70 °C (158 °F) y -30 °C (-22 °F) durante 24 h cada uno. Las normas incluyen pruebas de resistencia mecánica, resistencia a la respiración y obstrucción. La EN 149 prueba la fuga hacia el interior entre la máscara y la cara, donde 10 sujetos humanos realizan 5 ejercicios cada uno. La media truncada de la fuga promedio de 8 individuos no debe superar los valores antes mencionados. [37] : § 8.5 

Otras normas (KN95 y otras)

Norma china para respiradores
Mascarilla facial KN95

Las normas de los respiradores en todo el mundo se dividen en dos categorías: las de EE. UU. y las de la UE. Según 3M , los respiradores fabricados según las siguientes normas son equivalentes a los respiradores N95 de EE. UU. o FFP2 europeos "para filtrar partículas no basadas en aceite, como las que resultan de incendios forestales, contaminación del aire PM 2.5, erupciones volcánicas o bioaerosoles (por ejemplo, virus)": [38]

La NPPTL también ha publicado una guía para el uso de mascarillas que no sean de NIOSH en lugar de la N95 en la respuesta al COVID-19. La OSHA tiene un documento similar. Las siguientes normas sobre respiradores se consideran similares a la N95 en los EE. UU.: [52] [53]

Desinfección y reutilización

Las mascarillas respiratorias con filtro duro generalmente están diseñadas para ser descartables, para un uso continuo o intermitente de ocho horas. Un laboratorio descubrió que había una disminución en la calidad del ajuste después de cinco colocaciones consecutivas. [63] Una vez que están demasiado obstruidas físicamente para respirar a través de ellas, deben reemplazarse.

Las mascarillas respiratorias con filtro duro a veces se reutilizan, especialmente durante las pandemias, cuando hay escasez. Las partículas infecciosas podrían sobrevivir en las mascarillas hasta 24 horas después del final de su uso, según estudios que utilizan modelos de SARS-CoV-2 ; [63] En la pandemia de COVID-19, los CDC de EE. UU. recomendaron que, si las mascarillas se agotan, cada trabajador de la salud debe recibir cinco mascarillas, una para usar por día, de modo que cada mascarilla pase al menos cinco días almacenada en una bolsa de papel entre cada uso. Si no hay suficientes mascarillas para hacer esto, recomiendan esterilizarlas entre usos. [64] Algunos hospitales han estado almacenando mascarillas usadas como medida de precaución. [65] Los CDC de EE. UU. emitieron pautas sobre el alargamiento de los suministros N95, recomendando un uso prolongado en lugar de la reutilización. Destacaron el riesgo de infección por tocar la superficie exterior contaminada de la mascarilla, lo que incluso los profesionales hacen con frecuencia sin querer, y recomendaron lavarse las manos cada vez antes de tocar la mascarilla. Para reducir la contaminación de la superficie de las mascarillas, recomendaron el uso de protectores faciales y pidieron a los pacientes que también usaran mascarillas ("enmascaramiento en la fuente"). [66]

Además del tiempo, se han probado otros métodos de desinfección. Se ha observado daño físico a las mascarillas al calentarlas en microondas, calentarlas en una bolsa de vapor, dejarlas reposar en calor húmedo y aplicarles dosis excesivamente altas de radiación ultravioleta germicida (UVGI). Los métodos basados ​​en cloro, como el blanqueador con cloro , pueden causar olor residual, desgasificación de cloro cuando la mascarilla se humedece y, en un estudio, la rotura física de las plaquetas nasales, lo que provoca un aumento de las fugas. [63] El ajuste y la comodidad no parecen verse perjudicados por la UVGI, la incubación con calor húmedo y el vapor generado por microondas. [63]

Algunos métodos pueden no dañar visiblemente la mascarilla, pero arruinan su capacidad de filtrado. Esto se ha visto en intentos de esterilización mediante remojo en agua y jabón, calentamiento en seco a 160 °C (320 °F) y tratamiento con alcohol isopropílico al 70% y plasma de gas de peróxido de hidrógeno [63] (hecho al vacío con ondas de radio [67] ). La carga eléctrica estática de las microfibras se destruye con algunos métodos de limpieza. La luz ultravioleta (UVGI), el vapor de agua hirviendo y el calentamiento en horno seco no parecen reducir la eficiencia del filtro, y estos métodos descontaminan con éxito las mascarillas. [63]

La radiación ultravioleta (UVGI), el óxido de etileno , el calentamiento en horno seco y el peróxido de hidrógeno vaporizado son actualmente los métodos más utilizados en los hospitales, pero ninguno ha sido probado adecuadamente. [63] Cuando hay suficientes mascarillas disponibles, se prefiere reciclarlas y reutilizarlas solo después de dejarlas sin usar durante cinco días. [64]

Se ha demostrado que las mascarillas también se pueden esterilizar mediante radiación ionizante. [68] La radiación gamma y los electrones de alta energía penetran profundamente en el material y se pueden utilizar para esterilizar grandes lotes de mascarillas en un corto período de tiempo. Las mascarillas se pueden esterilizar hasta dos veces, pero deben recargarse después de cada esterilización, ya que la carga superficial se pierde con la radiación.

Un desarrollo reciente es un tejido compuesto que puede desactivar amenazas tanto biológicas como químicas. [69]

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