Los purificadores de aire de calidad comercial se fabrican como pequeñas unidades independientes o como unidades más grandes que se pueden conectar a una unidad de tratamiento de aire (AHU) o a una unidad HVAC que se encuentra en las industrias médica, industrial y comercial. Los purificadores de aire también se pueden utilizar en la industria para eliminar las impurezas del aire antes del procesamiento. Para ello se suelen utilizar adsorbentes por oscilación de presión u otras técnicas de adsorción.
Historia
En 1830, se concedió una patente a Charles Anthony Deane por un dispositivo que constaba de un casco de cobre con un collar y una prenda flexibles adjuntos. Se iba a utilizar una larga manguera de cuero unida a la parte trasera del casco para suministrar aire, siendo el concepto original que se bombearía mediante un fuelle doble . Un tubo corto permitía escapar el aire respirado. La prenda debía estar confeccionada con cuero o tela hermética y sujeta con correas. [1]
En la década de 1860, John Stenhouse presentó dos patentes que aplicaban las propiedades absorbentes del carbón vegetal 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 invento, un respirador para bomberos, como resultado de una combinación de características protectoras del respirador Stenhouse y otros dispositivos respiratorios. [3] Esta invención se describió más tarde en 1875. [4]
En la década de 1950, los filtros HEPA se comercializaron como filtros de aire altamente eficientes , después de haber sido utilizados en la década de 1940 en el Proyecto Manhattan de Estados Unidos para controlar los contaminantes radiactivos en 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 necesaria ]
Joseph Allen, director of the Healthy Buildings program at Harvard's School of Public Health, recommends that school classrooms use an air purifier with a HEPA filter as a way to reduce transmission of COVID-19 virus, saying "Portables with a high-efficiency HEPA filter and sized for the appropriate room can capture 99.97 percent of airborne particles."[10]
One fluid dynamic modelling study from January 2021 suggests that operating air purifiers or air ventilation systems in confined spaces, such as an elevator, during their occupancy by multiple people leads to air circulation effects that could, theoretically, enhance viral transmission.[11] However, real-life testing of portable HEPA/UV air filters in COVID-19 wards in hospital demonstrated complete elimination of air-borne SARS-CoV-2.[12] Interestingly this report also showed a significant reduction in other bacteria, fungal and viral bioaerosol, suggesting that portable filters such as this may be able to prevent not only nosocomial spread of COVID-19 but also other hospital-acquired infections.
Purifying techniques
An air purifier placed under a tableAir-purifiers with air flow generated by bladeless fan. Some models can act as heaters or humidifiers and may feature oscillation and adjustment of air flow angle.
There are two types of air purifying technologies, active and passive. Active air purifiers release negatively charged ions into the air, causing pollutants to stick to surfaces, while passive air purification units use air filters to remove pollutants. Passive purifiers are more efficient since all the dust and particulate matter is permanently removed from the air and collected in the filters.[13]Several different processes of varying effectiveness can be used to purify air. As of 2005, the most common methods were high-efficiency particulate air (HEPA) filters and ultraviolet germicidal irradiation (UVGI).[14]
Filtration
La purificación del filtro de aire atrapa las partículas en el aire por exclusión de tamaño. El aire pasa a través de un filtro y el filtro captura físicamente las partículas. Existen varios filtros, entre los que se incluyen:
Los filtros de detención 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. [15] Los purificadores HEPA, que filtran todo el aire que ingresa a una sala limpia , deben estar dispuestos de manera que ningún aire pase por alto el filtro HEPA. En entornos polvorientos, un filtro HEPA puede seguir a un filtro convencional (prefiltro) de fácil limpieza 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 su funcionamiento.
Los filtros HVAC de MERV 14 o superior están clasificados para eliminar partículas en el aire de 0,3 micrómetros o más. Un filtro MERV 14 de alta eficiencia tiene una tasa de captura de al menos el 75 % para partículas de 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. Usar un filtro MERV de alta calidad puede ser más efectivo que usar una máquina HEPA de alta potencia por una fracción del gasto de capital inicial. Desafortunadamente, la mayoría de los filtros de hornos 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 realizando investigaciones para habilitar 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. [16] [17] [18]
Otros metodos
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 mediante aire forzado. Los sistemas UVGI de purificación de aire pueden ser unidades independientes con lámparas UV protegidas que utilizan un ventilador para forzar el aire a pasar la luz UV. Otros sistemas se instalan en sistemas de aire forzado para que la circulación del local haga pasar los microorganismos más allá de las lámparas. La clave de 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 protegidas de la luz ultravioleta. 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 los serpentines 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 productos químicos 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 completamente los contaminantes. [19] 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 pueden regenerarse en fuentes de aire interior. [20] El carbón activado se puede utilizar a temperatura ambiente y tiene una larga historia de uso comercial. Normalmente se utiliza junto con otras tecnologías de filtrado, especialmente con HEPA. Otros materiales también pueden absorber productos químicos, pero a un coste mayor.
Los purificadores de aire electrónicos de medios polarizados utilizan medios activos mejorados electrónicamente para combinar elementos tanto de purificadores de aire electrónicos como de filtros mecánicos pasivos. La mayoría de los purificadores de aire electrónicos de medios polarizados utilizan un voltaje seguro de 24 voltios CC para establecer el campo eléctrico polarizador. La mayoría de las partículas en el aire tienen carga y muchas incluso son bipolares. A medida que las partículas en el aire pasan a través del campo eléctrico, el campo polarizado reorienta la partícula para que se adhiera a una almohadilla 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 en otras partículas, olores y moléculas de VOC y se recogen en pases posteriores. La eficiencia de los purificadores de aire electrónicos de medios polarizados aumenta a medida que se cargan, lo que proporciona una filtración de alta eficiencia, con una resistencia del aire generalmente 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. [21]
La oxidación fotocatalítica (PCO) es una tecnología emergente en la industria HVAC. [22] Además de la perspectiva de beneficios en la calidad del aire interior (IAQ), tiene el potencial adicional de limitar la introducción de aire no acondicionado en el espacio del edificio, presentando así una oportunidad para lograr ahorros de energía con respecto a diseños prescriptivos anteriores. En mayo de 2009 [ cita necesaria ] no hubo ninguna preocupación más discutible planteada por los datos del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley de que el PCO puede aumentar significativamente la cantidad de formaldehído en ambientes interiores reales. [ cita necesaria ] 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 son capaces de oxidar y degradar completamente los contaminantes orgánicos. Por ejemplo, los compuestos orgánicos volátiles encontraron que las concentraciones bajas dentro de unos pocos cientos de ppmv o menos son las que tienen más probabilidades de oxidarse por completo. [19] PCO utiliza luz ultravioleta de onda corta (UVC), comúnmente utilizada para la esterilización , para energizar el catalizador (generalmente dióxido de titanio (TiO 2 ) [23] ) y oxidar bacterias y virus . [24] Las unidades de conducto PCO se pueden montar en un sistema HVAC de aire forzado existente . PCO no es una tecnología de filtrado, ya que no atrapa ni elimina partículas. A veces se combina 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 exigir el reemplazo periódico como condición de la garantía . Los sistemas de oxidación fotocatalítica suelen tener costes comerciales elevados. [19]
Una tecnología relacionada relevante para la purificación del aire es la oxidación fotoelectroquímica (PECO). Oxidación fotoelectroquímica . Aunque técnicamente es un tipo de PCO, PECO implica interacciones electroquímicas entre el material catalizador y las especies reactivas (por ejemplo, mediante la colocación de materiales catódicos) para mejorar la eficiencia cuántica; de esta manera, es posible utilizar radiación UVA de menor energía como fuente de luz y aún lograr una eficacia mejorada. [25] [26]
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 hacia 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 industriales y domésticos 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 objetivo principal 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. [27]
Sistemas de purificación de aire Far- UVC (en desarrollo). [28] [29]
La tecnología de células inmovilizadas elimina las partículas microfinas del aire atrayendo partículas cargadas a una masa biorreactiva, o biorreactor, que las vuelve enzimáticamente inertes.
Los generadores de ozono están diseñados para producir ozono y, a veces, se venden como limpiadores de aire para toda la casa. A diferencia de los ionizadores, los generadores de ozono están destinados a producir cantidades significativas de ozono, un gas oxidante fuerte que puede oxidar muchas otras sustancias químicas. 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 a humo después de daños por incendio, los olores a humedad después de una inundación, el moho (incluidos los mohos tóxicos ) y el hedor causado por la carne en descomposición que no se puede eliminar con lejía ni con ningún otro producto excepto el ozono. Sin embargo, no es saludable respirar gas ozono y se debe tener extrema precaución al comprar un purificador de aire ambiental que también produzca ozono. [30]
Tecnología de dióxido de titanio (TiO 2 ): nanopartículas de TiO 2 , junto con carbonato de calcio para neutralizar los gases ácidos que puedan ser adsorbidos, se mezclan en una pintura ligeramente porosa. La fotocatálisis inicia la descomposición de los contaminantes transportados por el aire en la superficie. [31]
Esterilización termodinámica (TSS): esta tecnología utiliza 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, moho y esporas de hongos) se incineran. [ cita necesaria ] El aire pasa a través del núcleo cerámico mediante el proceso natural de convección del 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 necesaria ] 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 necesaria ]
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 vida corta serán el radical hidroxilo, el oxígeno singlete (dióxido), 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 al peróxido de hidrógeno de larga duración (en fase gaseosa) y con 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, además de proporcionar olor. control. 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 de ROS (especies reactivas de oxígeno) pueden ser efectivos de manera segura las 24 horas del día, los 7 días de la semana mientras hay personas presentes cuando el ozono está ( 30 ppb - 50 ppb). ROS (Especies Reactivas de Oxígeno) tiene un tratamiento superficial a larga distancia muy efectivo debido a su producción de ozono (30ppb - 50ppb) y Peróxido de Hidrógeno que tiene, a diferencia del dióxido de titanio que produce 2 ROS que son radicales hidroxilo y superóxido que están a muy corta distancia. en el tratamiento de superficies.
Otros aspectos de algunos purificadores de aire son los subproductos gaseosos peligrosos de las unidades generadoras de ozono, [32] 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 ionizantes 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 su eficacia. Una acumulación puede causar efectos perjudiciales para la salud, especialmente en las personas vulnerables. [33] 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 decibeles (dB). Los niveles de ruido de la mayoría de los purificadores pueden variar y pueden depender de la velocidad del ventilador. [34] 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. [35] A veces, los filtros adecuados solo los vende el fabricante por un alto costo, algunos tienen control DRM, por lo que solo se pueden usar filtros de reemplazo autorizados por el fabricante. [36] 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 en el aire. El Departamento de Energía de 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 los contaminantes transportados por el aire de 0,3 micrómetros. [37] Los productos que afirman ser "tipo HEPA", "similar a HEPA" o "99% HEPA" no satisfacen estos requisitos y es posible que no hayan sido probados en laboratorios independientes. [38]
Los purificadores de aire pueden clasificarse según una variedad de factores, incluida la tasa de suministro de aire limpio (que determina qué tan bien se ha purificado el aire); cobertura de área eficiente; cambios de aire por hora ; uso de energía; y el costo de los filtros de reemplazo. Otros dos factores importantes a considerar son la duración que se espera que duren los filtros (medida en meses o años) y el ruido producido (medido en decibelios ) por las distintas configuraciones en las que funciona el purificador. Esta información está disponible en la mayoría de los fabricantes.
Peligros potenciales del ozono
Al igual que con otros electrodomésticos relacionados con la salud, existe controversia en torno a las afirmaciones de determinadas 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 NOx . Debido a la naturaleza del proceso de ionización, los purificadores de aire iónicos tienden a generar la mayor cantidad de ozono. [ cita necesaria ] Esta es una preocupación grave porque el ozono es un contaminante del aire de criterio regulado por los estándares federales y estatales de EE. UU. relacionados con la salud. En un experimento controlado, en muchos casos, las concentraciones de ozono excedieron con creces los niveles de seguridad pública y/o industrial establecidos por la Agencia de Protección Ambiental de EE. UU., particularmente en habitaciones mal ventiladas. [39]
El ozono puede dañar los pulmones y provocar 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 alergia son más propensas a 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. [40]
Debido al rendimiento inferior al promedio y los posibles riesgos para la salud, Consumer Reports ha desaconsejado el uso de purificadores de aire que produzcan ozono. [41] IQAir , el socio educativo de la Asociación Estadounidense del Pulmón, ha sido una voz líder de la industria contra la tecnología de limpieza del aire que produce ozono. [ cita necesaria ]
Los generadores de ozono utilizados para tratamientos de choque (habitaciones desocupadas) que necesitan los contratistas de eliminación de humo, moho y olores, así como las empresas de limpieza de escenas del crimen para oxidar y eliminar permanentemente los daños causados por el humo, el moho y los olores, se consideran una herramienta valiosa y eficaz cuando se utilizan. correctamente para fines comerciales e industriales. [42] Sin embargo, cada vez hay más pruebas de que estas máquinas pueden producir subproductos indeseables. [41]
En septiembre de 2007, la Junta de Recursos del Aire de California anunció la prohibición de los dispositivos de limpieza del aire interior que producen ozono por encima del límite legal. Esta ley, que entró en vigor en 2010, exige pruebas y certificación de todo tipo de dispositivos de limpieza del aire interior para verificar que no emiten exceso de ozono. [43] [44]
Industria y mercados
En 2015, el mercado total direccionable de purificadores de aire residenciales en los Estados Unidos se estimaba en alrededor de 2 mil millones de dólares al año. [45]
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enlaces externos
Wikimedia Commons tiene medios relacionados con los purificadores de aire .
CADR.org Información sobre la tasa de entrega de aire limpio por parte de AHAM
Estándares de filtros HEPA del DOE Especificaciones de filtros HEPA para contratistas del DOE
Limpiadores de aire que puede hacer usted mismo (DIY): evidencia sobre la efectividad y consideraciones para una operación segura según el Centro Colaborador Nacional para la Salud Ambiental
El seguro médico no cubre los purificadores de aire. Los purificadores de aire no figuran en Equipo médico duradero.
