Un purificador de aire o filtro de aire es un dispositivo que elimina los contaminantes del aire en una habitación para mejorar la calidad del aire interior . Estos dispositivos se comercializan comúnmente como beneficiosos para las personas alérgicas y asmáticas , y para reducir o eliminar el humo de tabaco ajeno .
Los purificadores de aire clasificados comercialmente se fabrican como pequeñas unidades independientes o unidades más grandes que se pueden colocar en una unidad de tratamiento de aire (AHU) o en 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 las impurezas del aire antes del procesamiento. Los adsorbedores de cambio de presión u otras técnicas de adsorción se utilizan típicamente para esto.
Historia
En 1830, se otorgó una patente a Charles Anthony Deane por un dispositivo que comprende un casco de cobre con un collar y una prenda flexibles adjuntos. Una manguera larga de cuero unida a la parte trasera del casco se usaría para suministrar aire, el concepto original era que se bombearía con un fuelle doble . Un tubo corto permitió que saliera el aire respirado. La prenda debía estar confeccionada con cuero o tela hermética, 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 de bombero, como resultado de una combinación de características protectoras del respirador de Stenhouse y otros dispositivos de respiración. [3] Esta invención se describió posteriormente en 1875. [4]
En la década de 1950, los filtros HEPA se comercializaron como filtros de aire altamente eficientes, después de ser utilizados en la década de 1940 en el Proyecto Manhattan de los Estados Unidos para controlar los contaminantes radiactivos en el aire . [5] [6]
Según los informes, el primer filtro HEPA residencial fue vendido en 1963 por los hermanos Manfred y Klaus Hammes en Alemania, [7] que crearon Incen Air Corporation, que fue la precursora de la corporación IQAir . [ cita requerida ]
Uso y beneficios de los purificadores
El polvo , el polen , la caspa de las mascotas , las esporas de moho y las heces de los ácaros del polvo pueden actuar como alérgenos y desencadenar alergias en personas sensibles. Las partículas de humo y los compuestos orgánicos volátiles (COV) pueden representar un riesgo para la salud. La exposición a varios componentes, como los COV, aumenta la probabilidad de experimentar síntomas del síndrome del edificio enfermo . [8]
COVID-19
Joseph Allen, director del programa de Edificios Saludables de la Escuela de Salud Pública de Harvard, recomienda que las aulas de las escuelas usen un purificador de aire con un filtro HEPA como una forma de reducir la transmisión del virus COVID-19, diciendo "Portátiles con un filtro HEPA de alta eficiencia y con el tamaño adecuado para la habitación, puede capturar el 99,97 por ciento de las partículas en el aire ". [9]
Sin embargo, un estudio de enero de 2021 sugiere que la operación de purificadores de aire o sistemas de ventilación de aire en espacios confinados durante su ocupación por varias personas conduce o puede conducir a una mayor transmisión de virus en el aire debido a los efectos de la circulación del aire. [10]
Técnicas depurativas
Hay dos tipos de tecnologías de purificación de aire, activas y pasivas . Los purificadores de aire activos liberan iones cargados negativamente en el aire, lo que hace que los contaminantes se adhieran a las superficies, mientras que las unidades de purificación de aire pasivas usan 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 acumulan en los filtros. [11]
Se pueden utilizar varios procesos diferentes de eficacia variable para purificar el aire. A partir de 2005, los métodos más comunes eran los filtros de partículas de aire de alta eficiencia (HEPA) y la irradiación germicida ultravioleta (UVGI). [12]
Filtración
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 las partículas son capturadas físicamente por el filtro. Existen varios filtros que 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. [13] Los purificadores HEPA, que filtran todo el aire que ingresa a una sala limpia , deben disponerse de manera que ningún aire pase por alto el filtro HEPA. En ambientes 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 dañinos durante su funcionamiento.
- Los filtros HVAC en 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 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 alto grado puede ser más efectivo que usar una máquina HEPA de alta potencia a una fracción del gasto de capital inicial. Desafortunadamente, la mayoría de los filtros de los hornos se colocan 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, aumentan los costos de energía.
Otros metodos
- Irradiación germicida ultravioleta : la UVGI se puede utilizar para esterilizar el aire que pasa por las lámparas UV a través del aire forzado. Los sistemas UVGI de purificación de aire pueden ser unidades independientes con lámparas UV protegidas que usan 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 mueva los microorganismos más allá de las lámparas. La clave de esta forma de esterilización es la colocación 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 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 las bobinas son los sistemas de conductos en línea, estos sistemas se colocan en el centro del conducto y en paralelo al flujo de aire.
- El carbón activado es un material poroso que puede adsorber sustancias químicas volátiles sobre una base molecular, pero no elimina las partículas más grandes. El proceso de adsorción cuando se usa carbón activado debe alcanzar el equilibrio, por lo que puede ser difícil eliminar completamente los contaminantes. [14] 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. [15] El carbón activado se puede usar 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 productos químicos pero a un costo mayor.
- Los purificadores de aire electrónicos de medios polarizados utilizan medios activos mejorados electrónicamente para combinar elementos de purificadores de aire electrónicos y filtros mecánicos pasivos. La mayoría de los purificadores de aire electrónicos de medios polarizados utilizan un voltaje de CC seguro de 24 voltios para establecer el campo eléctrico polarizador. La mayoría de las partículas en el aire tienen carga y muchas son incluso 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, olor y moléculas de COV y se recogen en pasadas posteriores. La eficiencia de los filtros 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 típicamente 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. [ cita requerida ]
- La oxidación fotocatalítica (PCO) es una tecnología emergente en la industria de HVAC. [ cita requerida ] Además de la perspectiva de los beneficios de 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 sobre los diseños prescriptivos anteriores. En mayo de 2009 [ cita requerida ] , los datos del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley no plantearon preocupaciones más discutibles de que la 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 por completo 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 por completo. [14] (PCO) utiliza luz ultravioleta de onda corta (UVC), comúnmente utilizada para la esterilización , para energizar el catalizador (generalmente dióxido de titanio (TiO2) [16] ) y oxidar bacterias y virus . [ cita requerida ] 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 requerir un reemplazo periódico como condición de la garantía . Los sistemas de oxidación fotocatalítica a menudo tienen altos costos comerciales. [14]
- 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, sin embargo, lograr una eficacia mejorada. [17]
- Los purificadores ionizadores utilizan superficies eléctricas cargadas o agujas para generar iones de gas o aire 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. [8] 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 de montaje permanente se denominan precipitadores electrostáticos .
- Los purificadores de aire de plasma son una forma de purificador de aire ionizante. En lugar de precipitar partículas en un plato, están destinadas principalmente a destruir compuestos orgánicos volátiles, bacterias y virus mediante reacciones químicas con iones generados. Si bien es prometedor en condiciones de laboratorio, su utilidad y seguridad no se ha establecido en la purificación del aire. [18]
- La tecnología de células inmovilizadas elimina las partículas microfinas del aire atrayendo las 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 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 del humo después de un 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 o cualquier otra cosa excepto el ozono. Sin embargo, no es saludable respirar gas ozono, y se debe tener mucho cuidado al comprar un purificador de aire que también produce ozono. [19]
- Tecnología de dióxido de titanio (TiO 2 ): nanopartículas de TiO 2 , junto con carbonato de calcio para neutralizar cualquier gas ácido que pueda adsorberse, se mezclan en pintura ligeramente porosa. La fotocatálisis inicia la descomposición de los contaminantes transportados por el aire en la superficie. [20]
- Esterilización termodinámica (TSS): esta tecnología utiliza la esterilización por calor a través de un núcleo de cerámica 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 de cerámica por 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 el 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 ]
Preocupaciones de los consumidores
Otros aspectos de los filtros de aire son los subproductos gaseosos peligrosos, 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. Aunque una alta concentración de ozono es peligrosa, la mayoría de los ionizadores de aire producen cantidades bajas (<0.05 ppm [ cita requerida ] ). El nivel de ruido de un purificador 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 son bajos en comparación con muchos otros electrodomésticos. [ cita requerida ] 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 necesitan ser reemplazados cada pocos meses o años. 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 que se encuentran en el aire. El Departamento de Energía de EE. UU. Tiene requisitos que los fabricantes deben cumplir para cumplir con los requisitos de HEPA. La especificación HEPA requiere la eliminación de al menos el 99,97% de los contaminantes en el aire de 0,3 micrómetros. Los productos que afirman ser "tipo HEPA", "tipo HEPA" o "99% HEPA" no satisfacen estos requisitos y es posible que no hayan sido probados en laboratorios independientes.
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 (medido 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.
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 las relacionadas con 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 ] Esta es una preocupación seria porque el ozono es un contaminante del aire de criterio regulado por las normas estatales y federales de los EE. UU. relacionadas con la salud. En un experimento controlado, en muchos casos, las concentraciones de ozono superaron con creces los niveles de seguridad pública y / o industrial establecidos por la Agencia de Protección Ambiental de EE. UU., Particularmente en habitaciones con mala ventilación. [21]
El ozono puede dañar los pulmones, provocando dolor de pecho, tos, dificultad para respirar e irritación de garganta. También puede empeorar las enfermedades respiratorias crónicas como el asma y comprometer la capacidad del cuerpo para combatir las infecciones respiratorias, incluso en personas sanas. Las personas que padecen asma y alergia son las 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. [22]
Debido al rendimiento por debajo del promedio y los posibles riesgos para la salud, Consumer Reports ha desaconsejado el uso de purificadores de aire que producen ozono. [23] IQAir , el socio educativo de la American Lung Association, ha sido una voz líder en la industria contra la tecnología de limpieza del aire que produce ozono. [ cita requerida ]
Los generadores de ozono utilizados para tratamientos de choque (habitaciones desocupadas) que son necesarios para los contratistas de remediación de humo, moho y olores, así como las empresas de limpieza de la escena del crimen para oxidar y eliminar permanentemente el humo, el moho y los daños por olores se consideran una herramienta valiosa y eficaz cuando se utilizan correctamente para fines comerciales e industriales. Sin embargo, existe una creciente evidencia de que estas máquinas pueden producir subproductos indeseables. [23]
En septiembre de 2007, la Junta de Recursos del Aire de California anunció la prohibición de los dispositivos de limpieza del aire en interiores que producen ozono por encima de un límite legal. Esta ley, que entró en vigor en 2010, requiere que se prueben y certifiquen todos los tipos de dispositivos de limpieza del aire interior para verificar que no emitan ozono excesivo. [24] [25]
Industria y mercados
A partir de 2015, el mercado total direccionable de purificadores de aire residenciales de los Estados Unidos se estimó en alrededor de $ 2 mil millones por año. [26]
Ver también
- Filtro de aire
- Ionizador de aire
- Desinfectante de aire
- Precipitador electroestático
- HEPA
- PCO (oxidación fotocatalítica)
- PECO (oxidación fotoelectroquímica)
- Filtro de nariz
- Estudio de aire limpio de la NASA
- Generador de ozono
Referencias
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enlaces externos
- Información de CADR.org sobre la tasa de entrega de aire limpio por AHAM
- Referencia de cobertura CADR y pies cuadrados
- Informe de la EPA sobre la calidad del aire interior
- Estándares de filtro HEPA del DOE Especificaciones del filtro HEPA para contratistas del DOE
- Potera, C. (2011), Estufas de leña Obtenga ayuda de los filtros HEPA Institutos Nacionales de Salud de EE. UU.