Filtro HEPA ( / ˈ h ɛ p ə / , aire de partículas de alta eficiencia ), [1] también conocido como filtro absorbente de partículas de alta eficiencia [ cita necesaria ] y filtro de detención de partículas de alta eficiencia , [2] es un estándar de eficiencia de filtros de aire . [3]
Los filtros que cumplen con el estándar HEPA deben satisfacer ciertos niveles de eficiencia. Los estándares comunes exigen que un filtro de aire HEPA elimine, del aire que lo atraviesa, al menos el 99,95 % ( ISO , norma europea) [4] [5] o el 99,97 % ( ASME , US DOE ) [6] [7] de partículas cuyo diámetro es igual a 0,3 μm , aumentando la eficiencia de filtración para diámetros de partículas tanto inferiores como superiores a 0,3 μm. [8] Los filtros HEPA capturan polen , suciedad , polvo , humedad , bacterias (0,2 a 2,0 μm), virus (0,02 a 0,3 μm) y aerosoles líquidos submicrónicos (0,02 a 0,5 μm). [9] [10] [11] Algunos microorganismos , por ejemplo, Aspergillus niger , Penicillium citrinum , Staphylococcus epidermidis y Bacillus subtilis , son capturados por filtros HEPA con oxidación fotocatalítica (PCO). Un filtro HEPA también puede capturar algunos virus y bacterias que miden ≤0,3 μm. [12] Un filtro HEPA también puede capturar el polvo del piso que contiene bacteroides , clostridios y bacilos . [13] HEPA se comercializó en la década de 1950 y el término original se convirtió en una marca registrada y más tarde en una marca genérica para filtros altamente eficientes. [14] Los filtros HEPA se utilizan en aplicaciones que requieren control de la contaminación , como la fabricación de unidades de disco duro, dispositivos médicos, semiconductores, productos nucleares, alimentarios y farmacéuticos, así como en hospitales, [15] hogares y vehículos.
(En el diagrama el flujo de aire es de derecha a izquierda)
Los filtros HEPA están compuestos por una estera de fibras dispuestas aleatoriamente . [16] Las fibras suelen estar compuestas de polipropileno o fibra de vidrio con diámetros entre 0,5 y 2,0 micrómetros. La mayoría de las veces, estos filtros están compuestos por haces enredados de fibras finas . Estas fibras crean un camino estrecho y complicado a través del cual pasa el aire. Cuando las partículas más grandes pasan por esta vía, los haces de fibras se comportan como un colador de cocina que bloquea físicamente el paso de las partículas. Sin embargo, cuando las partículas más pequeñas pasan con el aire, a medida que el aire gira y gira, las partículas más pequeñas no pueden seguir el ritmo del movimiento del aire y, por lo tanto, chocan con las fibras. Las partículas más pequeñas tienen muy poca inercia y siempre se mueven alrededor de las moléculas de aire como si fueran bombardeadas por estas moléculas ( movimiento browniano ). Por su movimiento, acaban chocando contra las fibras. [17] Los factores clave que afectan sus funciones son el diámetro de la fibra, el espesor del filtro y la velocidad de la cara. El espacio de aire entre las fibras del filtro HEPA suele ser mucho mayor que 0,3 µm. Filtros HEPA de muy alto nivel para partículas más pequeñas. A diferencia de los tamices o filtros de membrana , por donde pueden pasar partículas más pequeñas que las aberturas o los poros, los filtros HEPA están diseñados para apuntar a una variedad de tamaños de partículas. Estas partículas quedan atrapadas (se adhieren a una fibra) mediante una combinación de los tres mecanismos siguientes:
La difusión predomina por debajo del tamaño de partícula de 0,1 µm de diámetro, mientras que la impactación y la interceptación predominan por encima de 0,4 µm. [18] En el medio, cerca del tamaño de partícula más penetrante (MPPS) de 0,21 μm, tanto la difusión como la interceptación son comparativamente ineficientes. [19] Debido a que este es el punto más débil en el rendimiento del filtro, las especificaciones HEPA utilizan la retención de partículas cercanas a este tamaño (0,3 μm) para clasificar el filtro. [18] Sin embargo, es posible que partículas más pequeñas que el MPPS no tengan una eficiencia de filtrado mayor que la del MPPS. Esto se debe al hecho de que estas partículas pueden actuar como sitios de nucleación principalmente para la condensación y formar partículas cerca del MPPS. [19]
Los filtros HEPA están diseñados para detener partículas muy finas de forma eficaz, pero no filtran gases ni moléculas de olor . Las circunstancias que requieren la filtración de compuestos orgánicos volátiles , vapores químicos u olores de cigarrillos , mascotas o flatulencias requieren el uso de un carbón activado (carbón vegetal) u otro tipo de filtro en lugar de o además de un filtro HEPA. [20] Los filtros de tela de carbón, que se dice que son muchas veces más eficientes que la forma de carbón activado granular en la adsorción de contaminantes gaseosos , se conocen como filtros de adsorción de gases de alta eficiencia (HEGA) y fueron desarrollados originalmente por las Fuerzas Armadas británicas como una defensa contra guerra química . [21] [22]
Se puede utilizar un filtro de bolsa HEPA junto con un prefiltro (normalmente activado por carbón) para prolongar la vida útil del filtro HEPA, más caro. [23] En tal configuración, la primera etapa del proceso de filtración se compone de un prefiltro que elimina la mayor parte del polvo, el cabello , las partículas PM10 y el polen más grandes del aire. El filtro HEPA de alta calidad de segunda etapa elimina las partículas más finas que se escapan del prefiltro. Esto es común en las unidades de tratamiento de aire . [ cita necesaria ]
Los filtros HEPA, según lo define la norma del Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE) adoptada por la mayoría de las industrias estadounidenses, eliminan al menos el 99,97 % de los aerosoles de 0,3 micrómetros (μm) de diámetro. [24] La resistencia mínima del filtro al flujo de aire, o caída de presión , generalmente se especifica alrededor de 300 pascales (0,044 psi) a su caudal volumétrico nominal . [7]
La especificación utilizada en la Unión Europea : la norma europea EN 1822-1:2019, de la que se deriva la ISO 29463, [4] define varias clases de filtros según su retención al tamaño de partícula más penetrante (MPPS) dado: Filtros de aire de partículas eficientes (EPA), filtros de aire de partículas de alta eficiencia (HEPA) y filtros de aire de partículas ultra bajas (ULPA). La eficiencia promedio del filtro se llama "general" y la eficiencia en un punto específico se llama "local": [4]
Consulte también las diferentes clases de filtros de aire para comparar.
Hoy en día, una clasificación de filtro HEPA es aplicable a cualquier filtro de aire altamente eficiente que pueda alcanzar los mismos estándares de rendimiento de eficiencia de filtro como mínimo y es equivalente a la clasificación P100 más reciente del Instituto Nacional de Seguridad y Salud Ocupacional para filtros de respirador. El Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE) tiene requisitos específicos para los filtros HEPA en aplicaciones reguladas por el DOE. [ cita necesaria ]
Algunas empresas utilizan un término de marketing conocido como "True HEPA" para brindarles a los consumidores la seguridad de que sus filtros de aire cumplen con el estándar HEPA, aunque este término no tiene ningún significado legal o científico. [25] Los productos que se comercializan como "tipo HEPA", "similar a HEPA", "estilo HEPA" o "99% HEPA" no cumplen con el estándar HEPA y es posible que no hayan sido probados en laboratorios independientes. Aunque estos filtros pueden acercarse razonablemente a los estándares HEPA, otros se quedan muy cortos. [26]
En términos generales (y permitiendo algunas variaciones dependiendo de factores como el caudal de aire, las propiedades físicas de las partículas que se filtran, así como los detalles de ingeniería de todo el diseño del sistema de filtración y no solo las propiedades del medio filtrante) , Los filtros HEPA experimentan la mayor dificultad para capturar partículas en el rango de tamaño de 0,15 a 0,2 µm. [27] La filtración HEPA funciona por medios mecánicos, a diferencia de las tecnologías de tratamiento iónico y de ozono , que utilizan iones negativos y gas ozono respectivamente. Por lo tanto, la probabilidad de que se desencadenen efectos secundarios pulmonares como asma [28] y alergias es mucho menor con los purificadores HEPA. [29]
Para garantizar que un filtro HEPA funcione de manera eficiente, los filtros deben inspeccionarse y cambiarse al menos cada seis meses en entornos comerciales. En entornos residenciales, y dependiendo de la calidad general del aire ambiente, estos filtros se pueden cambiar cada dos o tres años. Si no se cambia un filtro HEPA de manera oportuna, se ejercerá presión sobre la máquina o el sistema y no se eliminarán las partículas del aire de manera adecuada. Además, dependiendo de los materiales de junta elegidos en el diseño del sistema, un filtro HEPA obstruido puede provocar una desviación extensa del flujo de aire alrededor del filtro. [30]
Los filtros HEPA son fundamentales en la prevención de la propagación de organismos bacterianos y virales en el aire y, por lo tanto, de infecciones . Por lo general, los sistemas de filtración HEPA para uso médico también incorporan unidades o paneles de luz ultravioleta de alta energía con revestimiento antimicrobiano para eliminar las bacterias y los virus vivos atrapados en el medio filtrante. [ cita necesaria ]
Algunas de las unidades HEPA mejor calificadas tienen una calificación de eficiencia del 99,995 %, lo que garantiza un nivel muy alto de protección contra la transmisión de enfermedades transmitidas por el aire . [ cita necesaria ]
El SARS‑CoV‑2 mide aproximadamente 0,125 µm. Los filtros HEPA podrían capturar las gotas de SARS-CoV-2 en el aire , incluso si están en el suelo. [ se necesita aclaración ] [31] [32]
Muchas aspiradoras también utilizan filtros HEPA como parte de sus sistemas de filtración. Esto es beneficioso para las personas con asma y alergias, porque el filtro HEPA atrapa las partículas finas (como el polen y las heces de los ácaros del polvo doméstico ) que desencadenan los síntomas de alergia y asma. Para que un filtro HEPA en una aspiradora sea efectivo, la aspiradora debe estar diseñada de manera que todo el aire que ingresa a la máquina sea expulsado a través del filtro, sin que nada de aire se escape. Esto a menudo se denomina "HEPA sellado" o, a veces, el más vago "HEPA verdadero". Las aspiradoras etiquetadas simplemente como "HEPA" pueden tener un filtro HEPA, pero no necesariamente todo el aire pasa a través de él. Finalmente, los filtros de aspiradora comercializados como "tipo HEPA" normalmente utilizan un filtro de construcción similar al HEPA, pero sin la eficiencia de filtrado. Debido a la densidad adicional de un verdadero filtro HEPA, las aspiradoras HEPA requieren motores más potentes para proporcionar un poder de limpieza adecuado. [ cita necesaria ]
Algunos modelos más nuevos afirman ser mejores que los anteriores gracias a la inclusión de filtros "lavables". Generalmente, los verdaderos filtros HEPA lavables son caros. Un filtro HEPA de alta calidad puede atrapar el 99,97% de las partículas de polvo de 0,3 micras de diámetro. A modo de comparación, un cabello humano tiene entre 50 y 150 micrones de diámetro. Por lo tanto, un verdadero filtro HEPA atrapa eficazmente partículas varios cientos de veces más pequeñas que el ancho de un cabello humano. [33] Algunos fabricantes afirman que existen estándares de filtrado como "HEPA 4", sin explicar el significado detrás de ellos. [ cita necesaria ] Esto se refiere a su calificación de Valor mínimo de informe de eficiencia (MERV). [ cita necesaria ] Estas clasificaciones se utilizan para calificar la capacidad de un filtro limpiador de aire para eliminar el polvo del aire a medida que pasa a través del filtro. MERV es un estándar utilizado para medir la eficiencia general de un filtro. La escala MERV varía de 1 a 16 y mide la capacidad de un filtro para eliminar partículas de 10 a 0,3 micrómetros de tamaño. Los filtros con clasificaciones más altas no sólo eliminan más partículas del aire, sino que también eliminan partículas más pequeñas.
La calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC) [34] es una tecnología que utiliza filtros de aire, como los filtros HEPA, para eliminar los contaminantes del aire, ya sea en interiores o en vehículos. Los contaminantes incluyen humo, virus, polvos , etc., y pueden originarse tanto en el exterior como en el interior. HVAC se utiliza para proporcionar confort ambiental y en ciudades contaminadas para mantener la salud. [ cita necesaria ]
Los aviones modernos utilizan filtros HEPA para reducir la propagación de patógenos transportados por el aire en el aire recirculado. Los críticos han expresado preocupación por la eficacia y el estado de conservación de los sistemas de filtrado de aire, ya que piensan que gran parte del aire en la cabina de un avión se recircula. De hecho, casi todo el aire en un avión presurizado ingresa desde el exterior, circula a través de la cabina y luego se expulsa a través de válvulas de salida en la parte trasera del avión. [35] Alrededor del 40 por ciento del aire de la cabina pasa a través de un filtro HEPA y el otro 60 por ciento proviene del exterior del avión. Los filtros de aire certificados bloquean y capturan el 99,97 por ciento de las partículas en el aire. [36]
En 2016, se anunció que el Tesla Model X tendría el primer filtro de grado HEPA del mundo en un automóvil Tesla. [37] Tras el lanzamiento del Model X, Tesla actualizó el Model S para que también tenga un filtro de aire HEPA opcional. [38]
La idea detrás del desarrollo del filtro HEPA nació de las máscaras antigás que llevaban los soldados que luchaban en la Segunda Guerra Mundial. Un trozo de papel encontrado insertado en una máscara de gas alemana tenía una eficiencia de captura notablemente alta de humo químico. El Cuerpo Químico del Ejército Británico duplicó esto y comenzó a fabricarlo en grandes cantidades para sus propias máscaras antigás de servicio. Necesitaban otra solución para los cuarteles generales de operaciones, donde las máscaras antigás individuales no eran prácticas. El Cuerpo Químico del Ejército desarrolló una unidad combinada de soplador mecánico y purificador de aire, que incorporaba papel de celulosa y asbesto en una forma profundamente plisada con espaciadores entre los pliegues. Se lo denominó filtro de aire "absoluto" y sentó las bases para futuras investigaciones sobre el desarrollo del filtro HEPA. [39]
La siguiente fase del filtro HEPA se diseñó en la década de 1940 y se utilizó en el Proyecto Manhattan para evitar la propagación de contaminantes radiactivos en el aire . [40] El Cuerpo Químico del Ejército de EE. UU. y el Comité de Investigación de Defensa Nacional necesitaban desarrollar un filtro adecuado para eliminar materiales radiactivos del aire. El Cuerpo Químico del Ejército pidió al premio Nobel Irving Langmuir que recomendara métodos de prueba de filtrado y otras recomendaciones generales para crear el material que filtre estas partículas radiactivas. Identificó las partículas de 0,3 micrones como el "tamaño más penetrante", el más difícil y preocupante. [41]
Se comercializó en la década de 1950 y el término original se convirtió en una marca registrada y más tarde en una marca genérica para filtros altamente eficientes. [14]
A lo largo de las décadas, los filtros han evolucionado para satisfacer las demandas cada vez mayores de calidad del aire en diversas industrias de alta tecnología, como la aeroespacial, la industria farmacéutica, los hospitales, la atención médica, los combustibles nucleares, la energía nuclear y la fabricación de circuitos integrados . [ cita necesaria ]
