Filtración Efectiva del Aire

Mantener el aire puro dentro de un recinto, con el objetivo de mitigar la incidencia de la contaminación en la salud y asegurar el bienestar de los ocupantes, así como evitar daños al inmueble, reducción de la productividad e incremento del ausentismo en el ámbito laboral, sin duda constituye una ardua tarea, debido a que las condiciones ambientales no sólo en México sino a nivel mundial, realmente se han agravado debido al vertiginoso aumento en la emisión de gases perjudiciales provenientes de las fábricas, vehículos, sistemas de refrigeración y aire acondicionado.

Responsabilidad para mantener el grado de limpieza requerida
Hoy más nunca, se debe dar mayor importancia a la filtración efectiva del aire en interiores o lugares cerrados, los cuales dependiendo de su funcionalidad requerirán de aplicaciones especiales para prevenir cualquier daño en la salud de los ocupantes del lugar.

Para ejemplificar este caso, solamente basta con mencionar dos ambientes; uno es un puesto de trabajo en una oficina y otro es un quirófano de un centro médico. Ciertamente en ambos lugares es de mucha importancia la filtración efectiva del aire, en el primero por razones de confort que a su vez se traduce en productividad. Mientras que en el segundo, pudiera decirse que la filtración adecuada del aire debe ser aún más efectiva, debido a que se trata de un lugar sumamente especial al cual entra una persona cuya corporeidad queda totalmente expuesta a cualquier bacteria que exista en el ambiente, por lo que en este lugar el aire tiene que ser prácticamente 100% puro.

Citando otro ejemplo, podríamos ilustrar con el ambiente que debe existir en una factoría en la que se fabrican alimentos o productos que requieren esterilidad, donde de otra manera particular, también se necesita trabajar en un entorno que posea un mínimo de microorganismos que puedan afectar la salud de los individuos que posteriormente consumirán los productos realizados en estos lugares.

Como los anteriores, se pueden escribirse cientos y cientos de páginas de ejemplos de lugares cerrados o interiores que necesitan un aire puro que garantice salud, comodidad, productividad y seguridad.

Es por eso que muchas compañías a nivel mundial, especializadas en la climatización de lugares, se han dedicado a trabajar para evitar que partículas, bacterias y microorganismos dañinos penetren en interiores, para lo que han diseñado filtros que van desde los más rudimentarios, hasta los más especializados; con el objetivo de remover la mayor cantidad de elementos perjudiciales que pueda contener el contaminado aire proveniente del exterior.  De acuerdo a la EPA (Agencia Para La Protección Medio Ambiental) de Los Estados Unidos, el aire interior suele estar de 2 a 5 veces más contaminado que el exterior, por lo que el tema de la filtración del aire se considera tan importante como la eficiencia energética que debe poseer un equipo de aire acondicionado.

La efectividad del proceso de filtración de aire dependerá sin duda del filtro utilizado, ya que debe emplearse uno cuyo material de fabricación, resistencia y funcionalidad, vaya en perfecta consonancia con las características generales del aire que regularmente entra a un lugar cerrado, a los fines de garantizar la máxima utilidad del filtro del aire.

Un filtro de aire puede definirse fácilmente como un dispositivo que se usa para eliminar y retener las partículas que contiene el aire cuando éste pasa a través de este elemento.

Tipos de filtro
-Filtros Mecánicos
Los filtros mecánicos remueven el polvo al recolectarlo en la media filtrante. Esta captura implica dos consideraciones diferentes. La primera es la probabilidad de que la partícula choque con una de las fibras que constituyen la media filtrante, y la segunda es la probabilidad de que la partícula una vez que hizo contacto con la fibra del filtro, continúe adhiriéndose. A medida que la corriente de aire pasa a través del filtro, las partículas son removidas por las fibras por los siguientes mecanismos:

Impacto de inercia o de impregnación viscosa: El impacto se refiere a la forma en que las partículas son eliminadas del flujo de aire, y el término de impregnación viscosa es cómo se impide que las partículas retenidas puedan volver al flujo de aire. Esta técnica se emplea con eficacia para partículas de tamaños comprendidos entre 5 y 15 micras. Este principio se basa en interponer a la corriente una serie de obstáculos que suelen ser un conjunto de fibras de vidrio, de un diámetro medio de 35 micras, impregnadas con un determinado adhesivo. El aire sortea los obstáculos y se ve obligado a cambiar de dirección continuamente, mientras que las partículas arrastradas por este aire, debido a su masa y a la fuerza de inercia, tratan de continuar en la dirección original y chocan contra las fibras de vidrio, quedando pegadas a ellas por fuerzas de atracción molecular. Si el tamaño de las partículas es muy grande la fuerza de atracción molecular no será suficiente, o siéndolo el choque con otra partícula puede llegar a liberar las ya retenidas. Esto se evita si se aplica una impregnación viscosa a las fibras del filtro, aumentando así la fuerza de adhesión de las partículas.

Interceptación y difusión: Estos mecanismos se basan en la atracción intermolecular de las partículas de polvo y las fibras de los filtros. Se emplean para partículas muy finas, comprendidas entre 0,001 y 5 micras. Las fibras suelen ser de diámetros entre 0,5 y 2 micras; y las velocidades de paso de aire suelen estar comprendidas entre 0,002 y 0,2 m/s. La intercepción contempla la filtración de aire con partículas comprendidas entre 0,3 y 5 micras, empleando velocidades del orden de 0,2m/s. A esta pequeña velocidad las partículas son interceptadas por fuerzas de atracción molecular entre ellas y las fibras de la media filtrante, quedando retenidas en ellas. La eficacia de este método aumenta con el tamaño de las partículas siempre que su masa no sea suficiente para ejercer atracción molecular con las fibras de la media de 2 micras de diámetro, momento en que quedarían atrapadas por el efecto “criba”, con el riesgo de colmatar el filtro que esta técnica conlleva. Esta técnica se aplica en los filtros de alta eficiencia, tanto en la conformación compacta como en los modelos de filtros de bolsas.

La otra técnica, la de difusión, se aplica en la filtración de partículas de tamaño inferior a 1 micra, con velocidades de filtración muy altas, del orden de 0,02m/s. Estas partículas de tan pequeño tamaño se encuentran sometidas a un movimiento browniano causado por las fuerzas moleculares internas. Este movimiento tiene lugar tanto en su desplazamiento por el aire como a través del medio filtrante, con lo que se facilita su captación. La eficacia de estos filtros aumenta al disminuir el tamaño de las partículas ya que el movimiento molecular tiene mayor repercusión en el de la partícula.

-Filtros Electrostáticos
Se basan en el principio de filtración electrostática, de naturaleza distinta a los anteriores y aprovecha fuerzas eléctricas para la retención de partículas en suspensión. El aire sucio con una velocidad máxima de 2,5m/s pasa a través de una fuente de ionización, formada por una serie de hilos ionizadores, que por efecto corona hace que las partículas de polvo se carguen eléctricamente. A continuación existe una sección colectora de polvo, consistente en un campo eléctrico formado por una serie de placas cargadas positiva y negativamente, de forma alternativa, de manera que las partículas ionizadas son atraídas por las placas de signo contrario, quedando allí depositadas. Este principio es efectivo en una gama de tamaño de partículas muy amplia, desde tamaños inferiores a 0,1 micras hasta tamaños superiores a 25 micras.

Estos filtros son usados de dos formas diferentes. La primera puede llamarse unidad seca, donde las partículas ionizadas se recogen en placas de signo opuesto y se van aglomerando unas a otras, formando partículas de mayor tamaño, hasta que este es tal que son arrastradas por la corriente de aire, pero con un tamaño mayor y óptimo para ser retenidas en una segunda etapa de filtración situada detrás.

La segunda forma la podemos llamar de impregnación y consiste en aplicar a las placas colectoras un adhesivo que mejora la aglomeración y retención de las partículas, lo que obliga a limpiar las placas periódicamente y aplicarles de nuevo el adhesivo.

Purificadores Electrónicos: Los purificadores electrónicos remueven las partículas de la corriente de aire por medio de una carga electrónica. Un prefiltro atrapa las partículas grandes, después una sección ionizante carga positivamente a las partículas aerotransportadas. Estas partículas son atrapadas y recolectadas por placas cargadas negativamente. Estos filtros pueden traer además un filtro de carbón activado para remover olores.

Clasificación de filtros mecánicos
Los filtros mecánicos pueden ser agrupados en filtros tipo panel y en filtros de superficie extendida.

-Filtros tipo panel
Pueden ser de diferentes materiales como metal, fibra de vidrio o fibras naturales. Algunos son desechables y otros son lavables para darle más uso. El principal mecanismo de captura de este tipo de filtros es el impacto por inercia y se caracterizan por una velocidad media del aire al atravesar la media filtrante y por una baja caída de presión.

Este tipo de dispositivo tipo panel, a su vez puede ser clasificado en:

Filtros de fibra de vidrio: Son aquellos en los cuales la media filtrante está construida de una base de filamento de fibra de vidrio continuo unido por una resina térmica cuya densidad es más concentrada hacia la salida del aire.

Esta fibra generalmente está impregnada con adhesivos para incrementar su retención. Pueden tener marcos de cartón o un portamarco metálico y son desechables

Beneficios
• Baja resistencia al aire, económicos e impregnados con adhesivos

Usos y aplicaciones
• Casetas de pintura, tiendas, fábricas y como prefiltros.

Filtros metálicos: La media filtrante está compuesta de varias mallas onduladas de aluminio tipo mosquitero y una de poliéster o poroflex. Las mallas al ser onduladas proveen una mayor superficie de filtración. El propósito en conseguir una saturación completa del filtro al capturar las partículas más grandes por la entrada del flujo de aire y una retención progresiva de las partículas más pequeñas, mientras el aire recorre las distintas capas del filtro. El marco y las mallas protectoras son metálicas de lámina galvanizada o de aluminio.

Beneficios
• Lavables, alta velocidad y baja resistencia, permanentes

Usos y aplicaciones.
• Sistemas de aire acondicionado, cocinas, campanas de extracción, prefiltro y lavadoras de aire.

-Fibras sintéticas o poroflex
Existen diferentes fibras sintéticas utilizadas en los filtros tipo panel. El material más común es el poliéster, sin embargo, otras fibras como el polipropileno o el nylon también se utilizan. Generalmente están diseñados para ser desechables. El poroflex está compuesto de poliuretano que es un material que se mide por el tamaño de su poro por pulgada (con un rango de 10 a 100 poros por pulgada). Cuanto mayor sea el número de poros por pulgada mayor será su eficiencia y su caída de presión. Este material puede ser lavado y vuelto a usar.

-Filtros para grasa
Estos filtros son instalados en las campanas de cocina para prevenir el acumulamiento de grasa en los conductos de extracción y reducir así riesgos de incendio. Todos los filtros utilizados para este servicio están construidos de metal y no son efectivos para el humo.

-Filtros de superficie extendida
Tienen la característica de que el área de su media filtrante es mayor que el área del filtro. El método más común para incrementar el área de la media es plegándola y extendiéndola en la profundidad del pliegue. Estos filtros también poseen una subclasificación:

-Filtros de bolsa
Son filtros de superficie extendida de alta eficiencia. Su media filtrante puede ser de fibra de vidrio ultra fina o de fibra sintética. Dicha media filtrante viene en varios colores según su eficiencia. El filtro está compuesto por bolsas individuales cuyo número varía según sus especificaciones. Cada una de estas bolsas subdivide a su vez en secciones tubulares. La subdivisión está formada por costuras internas que deben ser selladas con una resina termoplástico para evitar el bypass del aire y alargar su vida útil.

Usos y aplicaciones
• Sistemas de aire acondicionado, hospitales, salas de ordenadores, equipo electrónico, industria alimenticia e industria automotriz.

-Filtros de pliegues
Estos filtros de eficiencia mediana están fabricados con un laminado de fibra sintética de algodón y poliéster en una configuración de pliegues radiales con soporte de malla anticorrosivo. La gran cantidad de media filtrante y superficie de filtración permite una excelente capacidad de retención de polvos, además de asegurar un buen flujo de aire, manteniendo baja resistencia al mismo. Además, tienen una mayor vida útil que otros filtros planos.

Usos y aplicaciones
• Unidades de aire acondicionado, equipos de computadores, embotelladoras, fábricas, casetas de pintura, hospitales, centrales telefónicas y prefiltros para filtros secundarios.

-Filtros absolutos HEPA, ULPA Y SULPA
Los filtros absolutos HEPA son filtros de superficie extendida desechables con un marco rígido, de eficiencia mínima del 99,97% para partículas de 0,3 micras. El filtro está construido con fibra de vidrio ultra fina, plegada y separada entre sí por separadores que generalmente son de aluminio. Fueron desarrollados para aplicaciones militares y son también utilizados en quirófanos y laboratorios.

Posteriormente estos filtros han sido mejorados, obteniéndose una eficiencia de DOP de 99,999% en los filtros denominados ULPA y de 99,9999% en los SULPA. Estos filtros se utilizan en aplicaciones militares y en la manufactura de microelectrónicas.

Clasificación de filtros electrostáticos
Como filtros electrostáticos existen dispositivos tipo panel, llamados filtros pasivos autocargables en los cuales una carga electrostática es generada por el aire que pasa a través de los laberintos de fibras estáticas. Las partículas transportadas por el aire son atraídas y retenidas por cargas estáticas hasta que estas partículas son soltadas al lavar los filtros. La media filtrante está compuesta de aluminio, fibra electrostática de polipropileno y espuma autocargable de poliuretano o de poliéster.

Beneficios
• Lavables, baja resistencia al aire y reducción de partículas aerotransportadas.

Usos y aplicaciones.
• Sistemas de aire acondicionado, oficinas, restaurantes, hoteles, hospitales, tiendas y fábricas.

Filtración de gases y contaminantes químicos
La eliminación de gases y contaminantes químicos puede ser mitigada a través del uso de los siguientes filtros:

-Filtros de carbón activo
Son los encargados de eliminar del medio ambiente, los gases y contaminantes químicos responsables de la generación de olores y de una serie de daños en los seres humanos y en los materiales por ataque químico. Los productos a retener aquí no son partículas sino moléculas. El carbón activo funciona mediante la remoción de gases, transferencia de moléculas desde una fase gaseosa a otra sólida mediante fuerzas de atracción superficial. Los tipos de carbón utilizados son el coke, la turba o la cáscara de coco, por ser estos de mayor capacidad de retención, se les tritura, tuesta y activa mediante oxidación. El resultado es un material tremendamente poroso y gran superficie de contacto. Es conveniente que este tipo de filtros no sean alcanzados por partículas sólidas que podrían ocupar los poros impidiendo al filtro realizar su función.

-Biofiltros
Dispositivos para los climatizadores de uso doméstico que están recubiertos de una capa de biofilter que purifica el aire de una forma mucho más eficaz que los filtros convencionales. El biofilter es un elemento natural que se extrae de las hojas de té, que atrapa e inactiva virus y bacterias, y que actúa contra todas las especies de acáridos, humos de tabaco y otras partículas, además de evitar la propagación de enfermedades contagiosas.

-Filtros antialérgenos

Funcionan mediante un generador de ultrasonidos que crea zonas de aire más densas y de ese modo atrae a las partículas del polvo y las aglutina. Estos filtros inactivan las bacterias, los virus y mohos, por lo que combinan tres funciones: protección antialérgica, antivirus y antibacterias. El filtro de alérgenos es un polímero fenólico ligeramente acíclico que contiene un grupo hidrófilo que inactiva los alérgenos contaminantes del aire, como el polen, los ácaros del polvo y sus residuos. El alérgeno queda atrapado en el filtro, el hidrófilo fenólico se adhiere al alérgeno quedando este último cubierto y por lo tanto desactivado. De este modo, aunque penetrase en el cuerpo ya no actuaría como alérgeno provocando síntomas de alergia que tienen su origen en una reacción antígeno-anticuerpo cuando el cuerpo intenta combatirlos.

-Ozono
El ozono en cantidades adecuadas puede purificar el aire debido a su alto poder oxidante. Elimina todos los riesgos de contagio por bacterias, virus, hongos y esporas, suprime los malos olores, enriquece el oxígeno del aire en circulación, destruye el monóxido de carbono, los alquitranes y nicotinas procedentes del humo de los cigarrillos.

Parámetros para seleccionar un filtro
Para la selección de un dispositivo cuya función será mantener un recinto cerrado con una filtración efectiva de aire, es necesario establecer los requerimientos del lugar y posteriormente tomar en cuenta los siguientes tres factores:

-Eficiencia
La efectividad de un filtro es la capacidad que tiene este dispositivo para remover del flujo de aire la mayor cantidad de partículas. Hay que tomar en cuenta que un filtro será más eficiente en cuanto el tamaño de las partículas a remover sean mayores.

-Caída de presión
Los filtros son obstáculos a la libre circulación del aire por lo que oponen una resistencia al mismo, luego existirá una caída de presión que aumentará a medida que el filtro se vaya llenando. La caída de presión en función de la cantidad de polvo retenida por un filtro es lineal hasta que llega un punto en que ésta es tal que el filtro deja de ser operativo. A efectos de diseño de una instalación habrá que tener en cuenta no sólo la caída de presión inicial sino también la final recomendada, a la cual el filtro debe reponerse por uno limpio. Si la caída de presión es excesiva para la eficiencia requerida se puede ampliar la superficie filtrante o colocar mayor número de módulos filtrantes.

Capacidad de retención de polvo
La capacidad de retención de polvo de un filtro se refiere a la cantidad de contaminante que es capaz de retener dicho dispositivo al llegar al final de su vida útil. Cuanto mayor sea esta capacidad de retención, mayor será la duración del filtro y por tanto menor será el costo asociado al mismo.

La conjunción armoniosa de estos tres factores como lo son: eficacia, caída de presión y capacidad de retención; darán como resultado un sistema de filtración efectiva de aire de alta calidad.

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Fuentes de consulta:
http://www.aircare.com.mx
https://upcommons.upc.edu