Los purificadores de aire de grado comercial se fabrican como pequeñas unidades independientes o unidades más grandes que se pueden fijar a una unidad de tratamiento de aire (UTA) o a una unidad de HVAC que se encuentra en las industrias médica, industrial y comercial. Los purificadores de aire también se pueden utilizar en la industria para eliminar impurezas del aire antes de procesarlo. Para esto se utilizan normalmente adsorbedores por oscilación de presión u otras técnicas de adsorción.
Historia
En 1830, Charles Anthony Deane obtuvo una patente para un dispositivo que comprendía un casco de cobre con un collar y una prenda flexibles unidos. Se iba a utilizar una manguera de cuero larga unida a la parte trasera del casco para suministrar aire; el concepto original era que se bombearía mediante un fuelle doble . Un tubo corto permitía que el aire respirado escapara. La prenda debía estar hecha de cuero o tela hermética, asegurada con correas. [1]
En la década de 1860, John Stenhouse presentó dos patentes que aplicaban las propiedades absorbentes del carbón de madera a la purificación del aire (patentes del 19 de julio de 1860 y del 21 de mayo de 1867), creando así el primer respirador práctico . [2]
En 1871, el físico John Tyndall escribió sobre su invención, un respirador para bomberos, como resultado de una combinación de características protectoras del respirador de Stenhouse y otros dispositivos respiratorios. [3] Esta invención fue descrita más tarde en 1875. [4]
En la década de 1950, los filtros HEPA se comercializaron como filtros de aire de alta eficiencia , después de haber sido utilizados en la década de 1940 en el Proyecto Manhattan de los Estados Unidos para controlar los contaminantes radiactivos transportados por el aire . [5] [6]
Según se informa, el primer filtro HEPA residencial fue vendido en 1963 por los hermanos Manfred y Klaus Hammes en Alemania, [7] quienes crearon la Incen Air Corporation, que fue la precursora de la corporación IQAir . [ cita requerida ]
Joseph Allen, director del programa de Edificios Saludables de la Escuela de Salud Pública de Harvard, recomienda que las aulas escolares utilicen un purificador de aire con un filtro HEPA como una forma de reducir la transmisión del virus COVID-19, diciendo que "los dispositivos portátiles con un filtro HEPA de alta eficiencia y del tamaño adecuado para la habitación pueden capturar el 99,97 por ciento de las partículas en el aire". [10]
Un estudio de modelado dinámico de fluidos de enero de 2021 sugiere que el funcionamiento de purificadores de aire o sistemas de ventilación de aire en espacios confinados, como un ascensor, durante su ocupación por varias personas conduce a efectos de circulación de aire que podrían, teóricamente, mejorar la transmisión viral. [11] Sin embargo, las pruebas en la vida real de filtros de aire HEPA/UV portátiles en salas de COVID-19 en el hospital demostraron la eliminación completa del SARS-CoV-2 transmitido por el aire . [12] Este informe también mostró una reducción significativa en otras bacterias, hongos y bioaerosoles virales , lo que sugiere que los filtros portátiles como este pueden ser capaces de prevenir no solo la propagación nosocomial de COVID-19 sino también otras infecciones adquiridas en el hospital . El Estudio de Desinfección del Aire de Addenbrooke (AAirDS) realizó un estudio cuasiexperimental que comparó salas emparejadas con y sin dispositivos purificadores de aire. [13] Los investigadores encontraron una asociación entre la implementación de dispositivos purificadores de aire y la reducción de la transmisión nosocomial del SARS-CoV-2, pero el tamaño del efecto y la incertidumbre en torno a él fueron altos. [13] La aceptabilidad de los dispositivos en el entorno hospitalario fue imperfecta, [14] y, a medida que se redujeron otras restricciones, como el uso de mascarillas y la ocupación de las habitaciones, también lo hizo el cumplimiento de los dispositivos purificadores de aire. [13]
Técnicas de purificación
Un purificador de aire colocado debajo de una mesa.Purificadores de aire con flujo de aire generado por ventilador sin aspas . Algunos modelos pueden actuar como calentadores o humidificadores y pueden presentar oscilación y ajuste del ángulo del flujo de aire.
Existen dos tipos de tecnologías de purificación del aire: activa y pasiva . Los purificadores de aire activos liberan iones con carga negativa en el aire, lo que hace que los contaminantes se adhieran a las superficies, mientras que las unidades de purificación de aire pasivas utilizan filtros de aire para eliminar los contaminantes . Los purificadores pasivos son más eficientes, ya que todo el polvo y las partículas se eliminan permanentemente del aire y se recogen en los filtros. [15]
Se pueden utilizar varios procesos diferentes de eficacia variable para purificar el aire. En 2005, los métodos más comunes eran los filtros de aire de partículas de alta eficiencia (HEPA) y la irradiación germicida ultravioleta (UVGI). [16]
Filtración
La purificación con filtro de aire atrapa las partículas suspendidas en el aire mediante exclusión por tamaño. El aire pasa a través de un filtro y las partículas quedan físicamente atrapadas por el filtro. Existen varios filtros, entre los que se incluyen:
Los filtros de retención de partículas de alta eficiencia ( HEPA ) eliminan al menos el 99,97 % de las partículas de 0,3 micrómetros y suelen ser más eficaces para eliminar partículas más grandes y más pequeñas. [17] Los purificadores HEPA, que filtran todo el aire que entra en una sala limpia , deben estar dispuestos de forma que ningún aire pase por alto el filtro HEPA. En entornos polvorientos, un filtro HEPA puede seguir a un filtro convencional de fácil limpieza (prefiltro) que elimina las impurezas más gruesas, de modo que el filtro HEPA necesita limpieza o reemplazo con menos frecuencia. Los filtros HEPA no generan ozono ni subproductos nocivos durante el funcionamiento.
Los filtros HVAC con MERV 14 o superior están clasificados para eliminar partículas en suspensión en el aire de 0,3 micrómetros o más grandes. Un filtro MERV 14 de alta eficiencia tiene una tasa de captura de al menos el 75 % para partículas entre 0,3 y 1,0 micrómetros. Aunque la tasa de captura de un filtro MERV es menor que la de un filtro HEPA, un sistema de aire central puede mover significativamente más aire en el mismo período de tiempo. El uso de un filtro MERV de alto grado puede ser más eficaz que el uso de una máquina HEPA de alta potencia a una fracción del gasto de capital inicial. Desafortunadamente, la mayoría de los filtros de calderas se deslizan en su lugar sin un sello hermético , lo que permite que el aire pase alrededor de los filtros. Este problema es peor para los filtros MERV de mayor eficiencia debido al aumento de la resistencia del aire . Los filtros MERV de mayor eficiencia suelen ser más densos y aumentan la resistencia del aire en el sistema central, lo que requiere una mayor caída de presión del aire y, en consecuencia, aumenta los costos de energía.
Se están llevando a cabo investigaciones para lograr filtros de aire tratados con biocidas viables y eficaces (es decir, filtros de aire recubiertos con agentes antimicrobianos) para prevenir la propagación de patógenos transmitidos por el aire. [18] [19] [20]
Otros métodos
Un purificador de aire que puede utilizar HEPA, ionización, PCO, UVGI y generación de ozono.
Irradiación germicida ultravioleta : la UVGI se puede utilizar para esterilizar el aire que pasa por las lámparas UV a través de aire forzado. [21] Los sistemas de purificación de aire UVGI pueden ser unidades independientes con lámparas UV protegidas que utilizan un ventilador para forzar el aire a pasar por la luz UV. Otros sistemas se instalan en sistemas de aire forzado para que la circulación de las instalaciones mueva los microorganismos más allá de las lámparas. La clave para esta forma de esterilización es la ubicación de las lámparas UV y un buen sistema de filtración para eliminar los microorganismos muertos. Por ejemplo, los sistemas de aire forzado por diseño impiden la línea de visión, creando así áreas del entorno que estarán a la sombra de la luz UV. Sin embargo, una lámpara UV colocada en las bobinas y la bandeja de drenaje del sistema de enfriamiento evitará que se formen microorganismos en estos lugares naturalmente húmedos. El método más eficaz para tratar el aire en lugar de las bobinas son los sistemas de conductos en línea, estos sistemas se colocan en el centro del conducto y paralelos al flujo de aire.
El carbón activado es un material poroso que puede adsorber sustancias químicas volátiles a nivel molecular, pero no elimina partículas más grandes. El proceso de adsorción cuando se utiliza carbón activado debe alcanzar el equilibrio, por lo que puede resultar difícil eliminar por completo los contaminantes. [22] El carbón activado es simplemente un proceso de cambio de contaminantes de una fase gaseosa a una fase sólida, cuando los contaminantes agravados o alterados se pueden regenerar en fuentes de aire interior. [23] El carbón activado se puede utilizar a temperatura ambiente y tiene una larga historia de uso comercial. Normalmente se utiliza junto con otra tecnología de filtrado, especialmente con HEPA. Otros materiales también pueden absorber sustancias químicas, pero a un coste mayor.
Los purificadores de aire electrónicos con medios polarizados utilizan medios activos mejorados electrónicamente para combinar elementos tanto de los purificadores de aire electrónicos como de los filtros mecánicos pasivos. La mayoría de los purificadores de aire electrónicos con medios polarizados utilizan un voltaje de CC seguro de 24 voltios para establecer el campo eléctrico polarizador. La mayoría de las partículas transportadas por el aire tienen una carga y muchas son incluso bipolares. A medida que las partículas transportadas por el aire pasan a través del campo eléctrico, el campo polarizado reorienta la partícula para que se adhiera a una almohadilla de medios de fibra desechable. Las partículas ultrafinas (UFP) que no se recogen en su paso inicial a través de la almohadilla de medios se polarizan y se aglomeran con otras partículas, moléculas de olor y COV y se recogen en los pases posteriores. La eficiencia de recolección varía significativamente según el tamaño de la partícula. [24] La eficiencia de los purificadores de aire electrónicos con medios polarizados aumenta a medida que se cargan, lo que proporciona una filtración de alta eficiencia, con una resistencia del aire normalmente igual o menor que la de los filtros pasivos. La tecnología de medios polarizados no es ionizante, lo que significa que no se produce ozono. [25]
La oxidación fotocatalítica (PCO) es una tecnología emergente en la industria de HVAC. [26] Además de la perspectiva de beneficios de la calidad del aire interior (IAQ), tiene el potencial adicional de limitar la introducción de aire no acondicionado al espacio del edificio, presentando así una oportunidad para lograr ahorros de energía en comparación con los diseños prescriptivos anteriores. A partir de mayo de 2009 [ cita requerida ] no hubo preocupación más discutible planteada por los datos del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley de que PCO puede aumentar significativamente la cantidad de formaldehído en ambientes interiores reales. [ cita requerida ] Al igual que con otras tecnologías avanzadas, el diseñador de HVAC debe emplear principios y prácticas de ingeniería sólidos para garantizar la aplicación adecuada de la tecnología. Los sistemas de oxidación fotocatalítica pueden oxidar y degradar completamente los contaminantes orgánicos. Por ejemplo, los compuestos orgánicos volátiles que se encuentran en concentraciones bajas dentro de unos pocos cientos de ppmv o menos son los que tienen más probabilidades de oxidarse completamente. [22] La PCO utiliza luz ultravioleta de onda corta (UVC), comúnmente utilizada para la esterilización , para energizar el catalizador (generalmente dióxido de titanio (TiO 2 ) [27] ) y oxidar bacterias y virus . [28] Las unidades de conducto PCO se pueden montar en un sistema HVAC de aire forzado existente . La PCO no es una tecnología de filtrado, ya que no atrapa ni elimina partículas. Al igual que los medios eléctricos polarizados, la eficacia de los enfoques PCO depende en gran medida del tamaño de las partículas, y las geometrías del sistema deben adaptarse en consecuencia. [24] Los sistemas PCO a veces se combinan con otras tecnologías de filtrado para la purificación del aire. Las bombillas de esterilización UV deben reemplazarse aproximadamente una vez al año; los fabricantes pueden requerir un reemplazo periódico como condición de la garantía . Los sistemas de oxidación fotocatalítica a menudo tienen altos costos comerciales. [22]
Una tecnología relacionada relevante para la purificación del aire es la oxidación fotoelectroquímica (PECO) . La oxidación fotoelectroquímica , aunque técnicamente es un tipo de PCO, implica interacciones electroquímicas entre el material catalizador y las especies reactivas (por ejemplo, a través de la colocación de materiales catódicos) para mejorar la eficiencia cuántica; de esta manera, es posible utilizar una radiación UVA de menor energía como fuente de luz y, aun así, lograr una mayor efectividad. [29] [30]
Los purificadores ionizadores utilizan superficies o agujas eléctricas cargadas para generar iones de aire o gas cargados eléctricamente . Estos iones se adhieren a partículas en el aire que luego son atraídas electrostáticamente a una placa colectora cargada. Este mecanismo produce trazas de ozono y otros oxidantes como subproductos. [9] La mayoría de los ionizadores producen menos de 0,05 ppm de ozono, un estándar de seguridad industrial. Hay dos subdivisiones principales: el ionizador sin ventilador y el ionizador con ventilador. Los ionizadores sin ventilador son silenciosos y consumen poca energía, pero son menos eficientes en la purificación del aire. Los ionizadores con ventilador limpian y distribuyen el aire mucho más rápido. Los purificadores ionizadores domésticos e industriales montados permanentemente se denominan precipitadores electrostáticos .
Los purificadores de aire de plasma son una forma de purificador de aire ionizante. En lugar de precipitar partículas en una placa, su principal finalidad es destruir compuestos orgánicos volátiles, bacterias y virus mediante reacciones químicas con los iones generados. Si bien son prometedores en condiciones de laboratorio, su utilidad y seguridad no se han establecido en la purificación del aire. [31]
Sistemas de purificación de aire Far- UVC (en desarrollo). [32] [33]
La tecnología de células inmovilizadas elimina partículas microfinas del aire atrayendo partículas cargadas a una masa biorreactiva, o biorreactor, que las vuelve inertes enzimáticamente.
Los generadores de ozono están diseñados para producir ozono y a veces se venden como purificadores de aire para toda la casa. A diferencia de los ionizadores, los generadores de ozono están diseñados para producir cantidades significativas de ozono, un gas oxidante fuerte que puede oxidar muchos otros productos químicos. El único uso seguro de los generadores de ozono es en habitaciones desocupadas, utilizando generadores de ozono comerciales de "tratamiento de choque" que producen más de 3000 mg de ozono por hora. Los contratistas de restauración utilizan este tipo de generadores de ozono para eliminar los olores de humo después de daños por incendio, olores a humedad después de inundaciones, moho (incluidos los mohos tóxicos ) y el hedor causado por la carne en descomposición que no se puede eliminar con lejía ni con nada más que ozono. Sin embargo, no es saludable respirar gas ozono, y se debe tener mucho cuidado al comprar un purificador de aire de habitación que también produzca ozono. [34]
Tecnología de dióxido de titanio (TiO 2 ): nanopartículas de TiO 2 , junto con carbonato de calcio para neutralizar cualquier gas ácido que pueda ser adsorbido, se mezclan en una pintura ligeramente porosa. La fotocatálisis inicia la descomposición de contaminantes transportados por el aire en la superficie. [35]
Esterilización termodinámica (TSS): esta tecnología utiliza la esterilización por calor a través de un núcleo cerámico con microcapilares, que se calientan a 200 °C (392 °F). Se afirma que el 99,9% de las partículas microbiológicas (bacterias, virus, alérgenos de ácaros del polvo, esporas de moho y hongos) se incineran. [ cita requerida ] El aire pasa a través del núcleo cerámico mediante el proceso natural de convección de aire y luego se enfría mediante placas de transferencia de calor y se libera. TSS no es una tecnología de filtrado, ya que no atrapa ni elimina partículas. [ cita requerida ] Se afirma que TSS no emite subproductos nocivos (aunque no se abordan los subproductos de la descomposición térmica parcial ) y también reduce la concentración de ozono en la atmósfera. [ cita requerida ]
Tecnología de especies reactivas de oxígeno (ROS), también conocida como "purificador de ROS": hay 7 ROS en el aire. Algunos son de corta duración y otros de larga duración. Los cinco de corta duración son el radical hidroxilo, el oxígeno singlete (dioxideno), el superóxido, el oxígeno atómico y el peroxinitrito (peroxinitrito). Los dos ROS de larga duración son el peróxido de hidrógeno (en fase gaseosa) y el ozono. Debido a la larga duración del peróxido de hidrógeno (en fase gaseosa) y a los bajos niveles de ozono (30 ppb - 50 ppb), es muy eficaz para matar patógenos que incluyen moho, bacterias, virus y gérmenes en el aire y en las superficies, y proporciona control de olores. A diferencia de los generadores de ozono que producen una gran cantidad de ozono que se utiliza como "tratamiento de choque" solo es efectivo en habitaciones vacías sin personas presentes, mientras que los purificadores ROS (especies reactivas de oxígeno) pueden ser efectivos de manera segura las 24 horas del día, los 7 días de la semana, mientras que las personas están presentes cuando el ozono es (30 ppb - 50 ppb). ROS (especies reactivas de oxígeno) tiene un tratamiento de superficie de larga distancia muy efectivo debido a su producción de ozono (30 ppb - 50 ppb) y peróxido de hidrógeno que tiene, a diferencia del dióxido de titanio que produce 2 ROS que son radicales hidroxilo y superóxido que son un tratamiento de superficie de muy corta distancia.
Preocupaciones de los consumidores
Otros aspectos de algunos purificadores de aire son los subproductos gaseosos peligrosos de las unidades generadoras de ozono, [36] el nivel de ruido, la frecuencia de reemplazo del filtro, el consumo eléctrico y el atractivo visual. La producción de ozono es típica de los purificadores ionizadores de aire. Una alta concentración de ozono es peligrosa, aunque la mayoría de los ionizadores de aire producen bajas cantidades, las bajas tasas de ozono reducen la efectividad. Una acumulación puede causar efectos perjudiciales para la salud, especialmente para las personas vulnerables. [37] El nivel de ruido de un purificador a menudo se puede obtener a través de un departamento de servicio al cliente y generalmente se informa en decibelios (dB). Los niveles de ruido de la mayoría de los purificadores pueden variar y pueden depender de la velocidad del ventilador. [38] La frecuencia de reemplazo del filtro y el consumo eléctrico son los principales costos de operación de cualquier purificador. Hay muchos tipos de filtros; algunos se pueden limpiar con agua, a mano o con una aspiradora , mientras que otros deben reemplazarse cada pocos meses o años. [39] A veces, los filtros adecuados solo los vende el fabricante a un costo elevado; algunos tienen control DRM, por lo que solo se pueden utilizar filtros de reemplazo autorizados por el fabricante. [40] En los Estados Unidos, algunos purificadores están certificados como Energy Star y son energéticamente eficientes .
La tecnología HEPA se utiliza en purificadores de aire portátiles, ya que elimina los alérgenos comunes transportados por el aire. El Departamento de Energía de los EE. UU. tiene requisitos que los fabricantes deben cumplir para cumplir con los requisitos HEPA. La especificación HEPA requiere la eliminación de al menos el 99,97 % de contaminantes transportados por el aire de 0,3 micrómetros. [41] Los productos que afirman ser "tipo HEPA", "similares a HEPA" o "99 % HEPA" no satisfacen estos requisitos y es posible que no hayan sido probados en laboratorios independientes. [42]
Los purificadores de aire pueden clasificarse en función de diversos factores, como la tasa de suministro de aire limpio (que determina qué tan bien se ha purificado el aire), la cobertura eficiente del área, los cambios de aire por hora , el uso de energía y el costo de los filtros de repuesto. Otros dos factores importantes a tener en cuenta son la duración prevista de los filtros (medida en meses o años) y el ruido producido (medido en decibeles ) por las distintas configuraciones en las que funciona el purificador. Esta información está disponible en la mayoría de los fabricantes.
Posibles peligros del ozono
Al igual que con otros aparatos relacionados con la salud, existe controversia en torno a las afirmaciones de ciertas empresas, especialmente en lo que respecta a los purificadores de aire iónicos . Muchos purificadores de aire generan algo de ozono, un alótropo energético de tres átomos de oxígeno , y en presencia de humedad, pequeñas cantidades de NO x . Debido a la naturaleza del proceso de ionización, los purificadores de aire iónicos tienden a generar la mayor cantidad de ozono. [ cita requerida ] Esto es una preocupación grave porque el ozono es un contaminante del aire criterio regulado por las normas federales y estatales relacionadas con la salud de los EE. UU. En un experimento controlado, en muchos casos, las concentraciones de ozono superaron con creces los niveles de seguridad públicos y/o industriales establecidos por la Agencia de Protección Ambiental de los EE. UU., particularmente en habitaciones mal ventiladas. [ 43 ]
El ozono puede dañar los pulmones, provocando dolor en el pecho, tos, dificultad para respirar e irritación de garganta. También puede empeorar enfermedades respiratorias crónicas como el asma y comprometer la capacidad del cuerpo para combatir infecciones respiratorias, incluso en personas sanas. Las personas que padecen asma y alergias son las más propensas a sufrir los efectos adversos de los altos niveles de ozono. Por ejemplo, aumentar las concentraciones de ozono a niveles peligrosos puede aumentar el riesgo de ataques de asma. [44]
Debido a que su rendimiento es inferior al promedio y a los posibles riesgos para la salud, Consumer Reports ha desaconsejado el uso de purificadores de aire que produzcan ozono. [45] Algunos fabricantes afirman falsamente que el ozono en exteriores y en interiores es diferente. [46] Las afirmaciones de que estos dispositivos restauran un equilibrio iónico hipotético no están respaldadas por la ciencia. [46]
En septiembre de 2007, la Junta de Recursos del Aire de California anunció la prohibición de los dispositivos de purificación del aire en interiores que produzcan ozono por encima del límite legal. Esta ley, que entró en vigor en 2010, exige la realización de pruebas y la certificación de todos los tipos de dispositivos de purificación del aire en interiores para verificar que no emitan ozono en exceso. [48] [49]
Industria y mercados
En 2015, el mercado potencial total de purificadores de aire residenciales de los Estados Unidos se estimó en 2 mil millones de dólares por año. [50]
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Enlaces externos
Wikimedia Commons tiene medios relacionados con Purificadores de aire .
CADR.org Información sobre la tasa de suministro de aire limpio de AHAM
Normas de filtros HEPA del DOE Especificaciones de filtros HEPA para contratistas del DOE
Purificadores de aire de fabricación casera (DIY): evidencia sobre la eficacia y consideraciones para un funcionamiento seguro por el Centro Colaborador Nacional para la Salud Ambiental
El seguro médico no cubre los purificadores de aire. Los purificadores de aire no están incluidos en la lista de equipos médicos duraderos.
