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Filtro mecánico (respirador)

Mascarilla facial (respirador con pieza facial filtrante) FFP3 con válvula de exhalación
Media mascarilla filtrante, respirador elastomérico reutilizable con filtros tipo panqueque reemplazables de color rosa y válvula de exhalación 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 impide mecánicamente que las partículas lleguen a la nariz y la boca del usuario. Vienen en múltiples formas físicas.

Mecanismo de operación

Las partículas pequeñas zigzaguean debido al movimiento browniano y son fácilmente capturadas ( difusión ). Las partículas grandes se filtran ( intercepción ), o tienen demasiada inercia para girar y golpean una fibra ( impacto ). Las partículas de tamaño mediano siguen líneas de flujo y es más probable que atraviesen el 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 creado durante la carpintería o el procesamiento de metales, cuando el aire contaminado pasa a través del material del filtro. La lana todavía se utiliza hoy en día como filtro, junto con el plástico, el vidrio, la 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 desechabilidad son factores clave. Existen modelos de un solo uso, desechables y de cartucho reemplazable. [3]

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

  1. por interceptación cuando las partículas que siguen una línea de flujo en la corriente de aire llegan dentro de 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 al disminuir la separación de fibras y aumentar la velocidad del flujo de aire [3]
  3. por un mecanismo potenciador 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 ven impedidas y retrasadas su paso a través del filtro; este efecto es similar al movimiento browniano y aumenta la probabilidad de que cualquiera de los dos mecanismos anteriores detenga las partículas; se vuelve dominante a velocidades de flujo de aire más bajas [3]
  4. mediante el uso de material de filtro electreto (generalmente, fibras plásticas electrohiladas) para atraer o repeler partículas con carga electrostática , de modo que es más probable que choquen con la superficie del filtro [4] [5]

Los mecanismos más oscuros incluyen:

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

Considerando 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 interceptación predominan por encima de 0,4 μm. En el medio, cerca del tamaño de partícula más penetrante de 0,3 μm, predominan la difusión y la interceptación. [3]

Sección transversal de filtros P95 aprobados por NIOSH utilizados en operaciones de trabajo de metales . Incluso los procesos industriales "limpios" a menudo generan grandes cantidades de partículas nocivas y requieren protección respiratoria.

Materiales

Los filtros mecánicos pueden estar hechos de una fina malla de fibras de polímeros sintéticos . [8] [9] Las fibras se producen mediante soplado en fusión . [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 tejido . [8] [9]

Usos

Respiradores con máscara filtrante

Los respiradores con máscara filtrante constan principalmente del propio medio de filtración mecánico y se desechan cuando quedan inutilizables debido a daños, suciedad o resistencia respiratoria excesiva. [12] Las piezas faciales filtrantes suelen ser máscaras de media cara simples, livianas, de una sola pieza y emplean los primeros tres mecanismos de filtro mecánico en la lista anterior para eliminar las partículas de la corriente de aire. El más común de ellos es la variedad blanca y desechable Standard N95; otro tipo es la mascarilla quirúrgica N95 . Se desecha después de un solo uso o de un período prolongado dependiendo del contaminante. NIOSH recomienda no reutilizar máscaras filtrantes en laboratorios de nivel de bioseguridad 2 o 3. [13]

Respiradores elastoméricos

Un respirador purificador de aire elastomérico 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 . Generalmente son reutilizables. Las versiones de cara completa de los respiradores elastoméricos sellan mejor y protegen los ojos. [15]

Los respiradores elastoméricos consisten en una mascarilla reutilizable que se sella a la cara, con filtros intercambiables. [16] [17] Los respiradores elastoméricos se pueden usar con filtros de cartucho químicos que eliminan gases, filtros mecánicos que retienen partículas o ambos. [18] Como filtros de partículas, son comparables [16] (o, debido a la calidad y la 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 . [dieciséis]

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 aire ambiente contaminado con uno o más tipos de contaminantes o patógenos , elimina activamente (filtra) una proporción suficiente de estos peligros y luego entrega aire limpio a la cara o boca del usuario y nariz. Tienen un factor de protección asignado más alto que los respiradores con máscara filtrante, como las máscaras N95 . A los PAPR a veces se les llama máscaras de presión positiva, unidades de soplador o simplemente sopladores.

Estándares de filtración

Estándares estadounidenses (N95 y otros)

Un vídeo que describe las pruebas de certificación N95.

Según la revisión actual de la Parte 84 establecida en 1995, NIOSH estableció nueve clasificaciones de respiradores con filtrado de partículas aprobados basándose en una combinación de la serie de respiradores y el nivel de eficiencia. La primera parte de la clasificación del filtro indica la serie usando 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] Las definiciones y el uso previsto para cada serie se indican a continuación. [22]

  • N por no resistente al aceite . Se utiliza cuando no hay partículas de aceite presentes. Probado utilizando partículas de cloruro de sodio .
  • R de resistente al aceite . Se utiliza cuando hay partículas de aceite presentes y el filtro se desecha después de un turno. Probado con partículas de aceite de ftalato de dioctilo (DOP).
  • P para prueba de aceite . Se utiliza cuando hay partículas de aceite presentes 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. Cuando se prueba de acuerdo con 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 la tuberculosis . [23] [24] Los filtros Clase-100 pueden bloquear el asbesto . [25] Para filtros tipo N se utiliza una carga de 200 mg de NaCl , con tiempo de servicio indefinido. Para filtros tipo R se utiliza 200 mg de DOP, con un tiempo de servicio definido de “un turno de trabajo”. Para los filtros tipo P , se utiliza una cantidad indefinida de DOP hasta que se estabiliza la eficiencia de filtración. [26] Los filtros P100, según 42 CFR parte 84, son los únicos filtros permitidos en color magenta. [27] Los filtros etiquetados HE (alta eficiencia) solo se proporcionan para respiradores purificadores de aire motorizados . Los filtros con la marca HE tienen una eficacia del 99,97 % contra partículas de 0,3 micrones y son resistentes al aceite. [28] [29] [30]

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

Estándares europeos (FFP2 y otros)

Mascarillas FFP2
Mascarilla facial FFP2 sin válvula de exhalación

La norma EN 149 define los requisitos de rendimiento para tres clases de medias máscaras 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 de numeración inferior.

Una máscara que cumpla con 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 y diferentes fabricantes han utilizado diferentes combinaciones 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 acoplar a una mascarilla. Estos filtros se utilizan normalmente en respiradores reutilizables, como respiradores elastoméricos . [35]

Tanto la norma europea EN 143 como la EN 149 prueban la penetración del filtro con cloruro de sodio seco y aerosoles de aceite de parafina después de almacenar los filtros a 70 °C (158 °F) y −30 °C (−22 °F) durante 24 h cada uno. Los estándares incluyen pruebas de resistencia mecánica, resistencia a la respiración y obstrucción. La EN 149 prueba la fuga hacia adentro 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 exceder los valores antes mencionados. [37] : § 8.5 

Otros estándares (KN95 y otros)

Norma china para respiradores.
Mascarilla KN95

Los estándares de respiradores en todo el mundo se dividen en dos campos: grados similares a los de EE. UU. y a los de la UE. Según 3M , los respiradores fabricados según las siguientes normas son equivalentes a los respiradores N95 estadounidenses o FFP2 europeos "para filtrar partículas no basadas en aceite, como las resultantes de incendios forestales, contaminación del aire PM 2,5, erupciones volcánicas o bioaerosoles (por ejemplo, virus). ": [38]

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

Desinfección y reutilización

Las mascarillas respiratorias con pieza facial de filtrado duro generalmente están diseñadas para ser desechables, para 8 horas de uso continuo o intermitente. Un laboratorio descubrió que había una disminución en la calidad del ajuste después de cinco usos consecutivos. [63] Una vez que están demasiado obstruidos físicamente para respirar, deben ser reemplazados.

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 de finalizar 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 agotaran, cada trabajador de la salud debería recibir cinco mascarillas, una para usar por día, de manera que cada mascarilla pase al menos cinco días almacenada en un bolsa de papel entre cada uso. Si no hay suficientes mascarillas para hacer esto, recomiendan esterilizarlas entre usos. [64] Algunos hospitales han estado almacenando máscaras usadas como medida de precaución. [65] Los CDC de EE. UU. publicaron directrices sobre la ampliación de los suministros N95, recomendando un uso prolongado en lugar de su reutilización. Destacaron el riesgo de infección al tocar la superficie exterior contaminada de la mascarilla, algo 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 protectores faciales y pedir a los pacientes que también usaran mascarillas ("enmascaramiento de fuente"). [66]

Además del tiempo, se han probado otros métodos de desinfección. Se han observado daños físicos a las máscaras al calentarlas en el microondas, en una bolsa de vapor, dejarlas reposar en calor húmedo y golpearlas con dosis excesivamente altas de irradiación germicida ultravioleta (UVGI). Los métodos a base de cloro, como el blanqueador con cloro , pueden provocar olores residuales, desprendimiento de cloro cuando la mascarilla se humedece y, en un estudio, rotura física de las almohadillas 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]

Es posible que algunos métodos no dañen visiblemente la mascarilla, pero arruinan su capacidad de filtrar. Esto se ha observado en intentos de esterilizar sumergiéndolos en agua y jabón, calentándolos en seco a 160 °C (320 °F) y tratándolos con alcohol isopropílico al 70 % y plasma de gas peróxido de hidrógeno [63] (realizado al vacío con radiocontrol). ondas [67] ). Algunos métodos de limpieza destruyen la carga eléctrica estática de las microfibras. La UVGI (luz ultravioleta), 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]

UVGI (un método ultravioleta), óxido de etileno , calentamiento en horno seco y peróxido de hidrógeno vaporizado son actualmente los métodos más utilizados en los hospitales, pero ninguno ha sido probado adecuadamente. [63] Cuando haya suficientes mascarillas disponibles, es preferible realizar un ciclo y reutilizar una mascarilla solo después de dejarla reposar 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 pueden usarse para esterilizar grandes lotes de máscaras en un corto período de tiempo. Las máscaras 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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