HEPA

Filtro HEPA (, partículas de aire de alta eficiencia), también conocido como filtro absorbente de partículas de alta eficiencia y filtro de alta eficiencia. El filtro de detención de partículas de eficiencia es un estándar de eficiencia de los filtros de aire.

Los filtros que cumplen con el estándar HEPA deben satisfacer ciertos niveles de eficiencia. Las normas comunes exigen que un filtro de aire HEPA elimine, del aire que lo atraviesa, al menos el 99,95% (ISO, norma europea) o el 99,97% (ASME, U.S. DOE) de las partículas cuyo diámetro sea igual a 0,3 μm, siendo la filtración La eficiencia aumenta para diámetros de partículas tanto menores como mayores que 0,3 μm. 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). Algunos microorganismos, por ejemplo, Aspergillus niger, Penicillium citrinum, Staphylococcus epidermidis y Bacillus subtilis son capturados por HEPA. Filtros con oxidación fotocatalítica (PCO). Un filtro HEPA también puede capturar algunos virus y bacterias que miden ≤0,3 μm. Un filtro HEPA también puede capturar el polvo del piso que contiene bacteroides, clostridios y bacilos. 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. 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, hogares y vehículos.

Mecanismo

Los filtros HEPA están compuestos por una estera de fibras al azar. Las fibras se componen típicamente de polipropileno o fibra de vidrio con diámetros entre 0,5 y 2,0 micrometros. La mayoría de las veces, estos filtros se componen de conjuntos de fibras finas. Estas fibras crean una estrecha vía convocada a través de la cual pasa el aire. Cuando las partículas más grandes pasan por este camino, los paquetes de fibras se comportan como un tamiz de cocina que bloquea físicamente las partículas de paso. Sin embargo, cuando las partículas más pequeñas pasan con el aire, como el aire gira y gira, las partículas más pequeñas no pueden mantenerse al día con el movimiento del aire y así chocan con las fibras. Las partículas más pequeñas tienen muy poca inercia y siempre se mueven alrededor de las moléculas de aire como son bombardeadas por estas moléculas (movimiento pananí). Debido a su movimiento, terminan chocando con las fibras. Los factores clave que afectan a sus funciones son el diámetro de la fibra, el espesor del filtro, y [[La velocidad rápida es la velocidad del aire medida a una entrada o salida de un sistema de ventilación y aire acondicionado... La velocidad facial se mide en m/s y se puede calcular como el caudal de volumen (m³/s) dividido por el área de la cara (m)²). El espacio de aire entre las fibras de filtro HEPA es generalmente mucho mayor que 0,3 μm. Filtros HEPA en muy alto nivel para materia de partículas más pequeñas. A diferencia de los sieves o filtros de membrana, donde las partículas más pequeñas que las aberturas o los poros pueden pasar, los filtros HEPA están diseñados para apuntar una gama de tamaños de partículas. Estas partículas están atrapadas (se pegan a una fibra) a través de una combinación de los tres mecanismos siguientes:

1. Difusión; las partículas inferiores a 0.3 μm se capturan por difusión en un filtro HEPA. Este mecanismo es el resultado de la colisión con moléculas de gas por las partículas más pequeñas, especialmente las inferiores a 0,1 μm de diámetro. Las partículas pequeñas son efectivamente sopladas o rebotadas alrededor y collide con las fibras de los medios de filtro. Este comportamiento es similar al movimiento marroniano y aumenta la probabilidad de que una partícula se detenga por intercepción o impacto; este mecanismo se vuelve dominante en el flujo de aire inferior.
2. Intercepción; partículas siguiendo una línea de flujo en el flujo de aire vienen dentro de un radio de fibra y se adhieren a él. Las partículas de tamaño medio están siendo capturadas por este proceso.
3. Impacto; partículas más grandes no pueden evitar las fibras siguiendo los contornos de curvatura de la corriente de aire y se ven obligadas a incrustar en uno de ellos directamente; este efecto aumenta con la disminución de la separación de fibra y la velocidad de flujo de aire más alta.

La difusión predomina por debajo del tamaño de partículas de 0.1 μm de diámetro, mientras que la impactación y la interceptación predominan por encima de 0.4 μm. En entre, cerca del tamaño de partículas más penetrantes (MPPS) 0.21 μm, tanto la difusión como la interceptación son comparativamente ineficientes. Debido a que este es el punto más débil en el rendimiento del filtro, las especificaciones HEPA utilizan la retención de partículas cerca de este tamaño (0.3 μm) para clasificar el filtro. Sin embargo, es posible que las 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 núcleos para la mayoría de las partículas de condensación y forma cerca del MPPS.

Filtración de gases

Los filtros HEPA están diseñados para detener partículas muy finas de manera efectiva, 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. Los filtros de tela de carbón, que se dice que son muchas veces más eficientes que el 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 defensa contra la guerra química.

Prefiltro y filtro HEPA

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. En tal configuración, la primera etapa del proceso de filtración se compone de un prefiltro que elimina la mayor parte del polvo, el pelo, 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.

Especificaciones

Los filtros HEPA, según lo define el estándar del Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE) adoptado por la mayoría de las industrias estadounidenses, eliminan al menos el 99,97 % de los aerosoles de 0,3 micrómetros (μm) de diámetro. La resistencia mínima del filtro al flujo de aire, o caída de presión, generalmente se especifica en alrededor de 300 pascales (0,044 psi) a su caudal volumétrico nominal.

La especificación utilizada en la Unión Europea: la norma europea EN 1822-1:2019, de la que se deriva la ISO 29463, define varias clases de filtros según su retención al tamaño de partícula más penetrante (MPPS) dado: Eficiente Filtros de aire de partículas (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”:

Consulte también las diferentes clases de filtros de aire para comparar.

Hoy en día, una clasificación de filtro HEPA se aplica 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.

Mercadotecnia

Algunas empresas utilizan un término de marketing conocido como "True HEPA" para brindar 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. 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.

Eficacia y seguridad

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 del filtro). propiedades del medio), los filtros HEPA experimentan la mayor dificultad para capturar partículas en el rango de tamaño de 0,15 a 0,2 μm. 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 y alergias es mucho menor con los purificadores HEPA.

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.

Aplicaciones

Biomédico

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.

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.

COVID-19

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.

Aspiradoras

Muchas aspiradoras también utilizan filtros HEPA como parte de sus sistemas de filtración. Esto es beneficioso para quienes padecen 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 aspirado hacia la máquina sea expulsado a través del filtro, sin que nada del aire se escape. Esto a menudo se conoce como sistema "HEPA sellado" o, a veces, el más vago "HEPA verdadero". Las aspiradoras simplemente etiquetadas como "HEPA" Puede tener un filtro HEPA, pero no necesariamente todo el aire pasa a través de él. Por último, los filtros de aspiradora comercializados como "tipo HEPA" Normalmente utilizará 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.

Algunos modelos más nuevos afirman ser mejores que los anteriores con la inclusión de accesorios "lavables" filtros. 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. Algunos fabricantes afirman que los estándares de filtrado como "HEPA 4" sin explicar el significado detrás de ellos. Esto se refiere a su calificación de Valor Mínimo de Informe de Eficiencia (MERV). 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.

Calefacción, ventilación y aire acondicionado

La calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC) 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.

Vehículos

Aerolíneas

Los aviones de pasajeros 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. 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.

Vehículos de motor

En 2016, se anunció que el Tesla Model X tendría el primer filtro de grado HEPA del mundo en un automóvil Tesla. Tras el lanzamiento del Model X, Tesla actualizó el Model S para que también tenga un filtro de aire HEPA opcional.

Historia

La idea detrás del desarrollo del filtro HEPA nació de las máscaras antigás que usaban 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 "absoluto"; filtro de aire y sentó las bases para futuras investigaciones en el desarrollo del filtro HEPA.

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. 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.

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.

Durante las décadas, los filtros han evolucionado para satisfacer las demandas más elevadas y superiores de calidad del aire en diversas industrias de alta tecnología, como aeroespacial, industria farmacéutica, hospitales, atención médica, combustibles nucleares, energía nuclear y fabricación integrada de circuitos.