Climatización en ambientes críticos

Un ambiente crítico es una zona delimitada, en la cual se exige cumplir las condiciones de diseño de forma continua y con la menor variabilidad posible, y en la que se lleva a cabo el proceso de mayor importancia y para el cual se trazó el diseño.

Los requerimientos de temperatura de un quirófano son diferentes que los de una sala de recuperación.

Santiago Bonilla

Es conveniente empezar por definir el sistema de aire acondicionado en hospitales y centros de salud. Por sistema de aire se entiende todo el conjunto de instalaciones y equipos que permiten acondicionar, conducir y distribuir el aire en el interior de un recinto, destinado al cuidado de la salud humana; esto abarca los ductos, difusores, etcétera.

Por otra parte, se conoce que en este tipo de instalaciones el aire es el medio ideal y más común para la transmisión de enfermedades causadas por microorganismos aerotransportados. Por lo tanto, los procedimientos utilizados para disponer de aire limpio son de suma importancia, sobre todo en las áreas críticas que requieren un ambiente bacteriológicamente estéril.

Mediante el adecuado diseño del sistema de aire, es posible reducir significativamente la dispersión de agentes biológicos, disminuyendo la posibilidad de la adquisición y transmisión de infecciones intra-hospitalarias. La falta de un buen sistema de aire acondicionado es motivo suficiente para que la institución dedicada a la atención de la salud no opere adecuadamente o cese sus actividades.

El sistema de aire acondicionado en el hospital debe ayudar al control de infecciones, proporcionar confort para los pacientes y para el personal de la institución, cubrir todas las expectativas de desempeño, como son temperaturas específicas y diferentes en diversas áreas del hospital; cumplir con los diversos niveles de humedad, según lo requieran los pacientes de acuerdo con su padecimiento; contar con exigentes niveles de limpieza del aire y libres de microorganismos; tener distintas condiciones de presión diferencial en función del uso y entorno del área o habitación, y por último, ser capaces de soportar catástrofes.

Adicionalmente, debe existir un sistema de control adecuado que garantice el correcto funcionamiento de los equipos, así como los procedimientos de operación y mantenimiento adecuados, debidamente documentados; éstos deberán ser auditados en forma periódica por personal capacitado.

El ingeniero Hugo García, director del área de Ingeniería y Mantenimiento en el Hospital Shriners para Niños, A.C., define un ambiente crítico en un hospital como “una zona aislada y controlada donde se atiende a pacientes y donde se somete [a los pacientes] a procedimientos delicados, como son las cirugías”. Además de las especificaciones técnicas y la más alta eficiencia, el ingeniero Gustavo Montiel, gerente de Mantenimiento en el Hospital de Alta Especialidad Zumpango, complementa esta definición al señalar que las áreas críticas “son áreas que deben estar disponibles –a toda hora, todos los días– cuando suceda cualquier tipo de eventualidad. Estas zonas deben de contar con la capacidad de atender a los pacientes; no son áreas que requieran acondicionamiento por adelantado, han de ser utilizables en cualquier momento”.

El confort térmico que se requiere en el interior de una instalación para la atención a la salud depende de la actividad corporal y de la vestimenta de quienes ocupan el espacio, pudiendo ser médicos, enfermeras, pacientes o visitantes. Por lo tanto, el requerimiento de temperatura de un quirófano es diferente que el de una sala de recuperación o el de un cuarto de encamados. Los factores que definen la temperatura en una determinada área son:

• La temperatura y humedad del aire exterior
• La temperatura y humedad en el interior del local
• El equipamiento e iluminación con que cuente el espacio
• Las condiciones del aire que se introduce: temperatura, humedad, velocidad y distribución

Para los criterios de confort necesitan tomar en cuenta los aspectos antes mencionados y, en términos generales, están definidos y referidos en diferentes normas, tanto nacionales (como las del Instituto Mexicano del Seguro Social) como internacionales (por ejemplo los estándares de la American Society of Heating Refrigerating and Air-conditioning Engineers y las normas UNE). De acuerdo con lo antes mencionado, se observa que uno de los mejores medios para generar condiciones adecuadas para la operación de un inmueble dedicado a la atención de la salud es el sistema de aire acondicionado, ya que un diseño adecuado y una buena operación proporcionan y garantizan seguridad y confort para los usuarios y ocupantes.

Otra de las variables que es indispensable controlar para la adecuada climatización en un ambiente crítico es la calidad del aire. Se denomina aire acondicionado al aire en el interior de un recinto en el que se controlan de forma simultánea las condiciones ambientales; es decir, la temperatura, la humedad, el movimiento y la limpieza del aire. Para mantener unas condiciones ambientales correctas en el hospital o centro de salud, es decir, para tener la calidad requerida, el aire acondicionado debe someterse a distintos procesos antes de ser introducido. Estos procesos consisten en modificar la temperatura, variar la humedad relativa y limpiar el aire.

Entre los procesos mencionados para el tratamiento del aire, el de mayor relevancia es el de limpieza porque garantiza la ausencia de contaminantes. Este proceso se realiza mediante la utilización de diferentes tipos de filtros los cuales deberán ser adecuados al grado de limpieza deseado.

La medida de eficacia de los filtros en la remoción de contaminantes se expresa en forma de porcentaje, el cual hace referencia a un determinado tamaño de partícula, o con un término denominado MERV (Minimum efficiency reporting value); ambos están definidos en los estándares de ASHRAE.

Es necesario filtrar todo el aire exterior que se vaya a introducir al espacio hospitalario y, particularmente, el destinado a la ventilación (cambios de aire). En algunos climas extremos, es posible recurrir a la recirculación; pero, para ello, es necesario extremar las precauciones en esta etapa de limpieza del aire.

Cada área del hospital tiene diferentes requerimientos de calidad de aire y para cada una se establecerá el tipo y nivel de filtración requerido en común acuerdo con el personal médico responsable; por ejemplo, se utilizarán filtros absolutos o HEPA (High Efficiency Particulate Air) para el aire destinado a las zonas estériles del hospital, como los quirófanos. El ingeniero Montiel explica que particularmente en los quirófanos del hospital de alta especialidad Zumpango no aplican los cambios de aire, “son renovaciones de aire al ciento por ciento; es decir, existe un sistema de inyección de aire y otro de extracción que funcionan en sincronía, pues hay una relación directa con la cantidad de aire que se introduce y se descarga. El aire interior del quirófano en ningún momento se recicla: se expulsa por completo del recinto.”

La operación de filtrado, además de servir para obtener aire limpio en las zonas específicas, tiene gran importancia en el mantenimiento y conservación de todo el sistema de aire acondicionado del hospital: es la única forma de mantener limpios los ductos y difusores, evitando la dispersión de contaminantes. El personal responsable del hospital, tanto administrativo como operativo, debe asegurarse de que haya un programa de mantenimiento sistemático de las instalaciones de acondicionamiento de aire y que éste se considere dentro de los presupuestos de operación. Dicho personal deberá, además, comprobar la aplicación del programa para garantizar el buen estado de las instalaciones y su funcionamiento de acuerdo con el proyecto. Se recomienda que todo el proceso esté debidamente documentado y protocolizado.

Junto con las labores de mantenimiento físico y limpieza de los elementos y equipos de las instalaciones de aire acondicionado, es necesario prestar especial atención al correcto mantenimiento de los filtros. Para poder realizar una valoración de su estado, se deberá documentar cada una de las unidades filtrantes y sus características: tipo de filtro, tipo de material filtrante, caudal de aire nominal, caudal de aire real, diferencial de presión en operación, análisis de costo por concepto de energía contra costo del filtro, y fecha del último cambio de filtro. En los filtros absolutos se debe verificar la ausencia de fugas en el sistema, sean a través de las juntas de sello o marcos de montaje.

La relación de medidas de seguridad e higiene en el trabajo que deberán desarrollarse para salvaguardar la salud y vida de los trabajadores, al evitar la exposición del trabajador o su interacción con los agentes y condiciones que pueden ser factores de riesgo o peligros en el centro de trabajo, debe, al menos, identificar los agentes capaces de modificar las condiciones del medioambiente del centro de trabajo que, por sus propiedades, concentración, nivel y tiempo de exposición o acción, pueden alterar la salud de los trabajadores. Tales agentes pueden ser:

Físicos: Ruido, radiaciones ionizantes, radiaciones electromagnéticas no ionizantes, presiones ambientales elevadas o abatidas, condiciones térmicas elevadas o abatidas, vibraciones e iluminación

Químicos: Tóxicos, corrosivos, irritantes, reactivos, combustibles, inflamables y explosivos

Biológicos: Seres vivos que al estar en contacto con el ser humano ocasionan enfermedades de tipo infeccioso, parasitario, alérgico o tóxico

Un filtro es un dispositivo que se utiliza para eliminar los contaminantes del aire; por lo general, se coloca en el equipo de suministro de aire (manejadora) o en bancos de filtros en las tomas de aire exterior. Los filtros se agrupan o evalúan por su eficiencia para retener partículas, la cual se expresa como un porcentaje (estándar ASHRAE 52.1) que se determina o aprecia en función de una mancha de polvo que se forma en un medio colocado en la parte posterior del filtro que se evalúa, el cual, durante la prueba, se expone a una corriente de aire que contiene un polvo estandarizado.

De esta forma, se enuncia que, obtener 30 por ciento de eficiencia significa que se formó una mancha equivalente a 30 por ciento de la superficie por la cual atravesó el polvo y se debe interpretar como que de 100 por ciento de partículas que tratan de atravesar el filtro, éste retiene 30 por ciento; pero, para que esta información sea completa, es necesario hacer referencia al tamaño de partícula que se puede retener, ya que no es lo mismo un filtro que retenga partículas de 10 micrones, que uno que retenga de 1 micrón. La forma más común y conveniente de referirse al tamaño es utilizando un símbolo de arroba (@) antecediendo al tamaño: 30 por ciento @ 1 micrón, significa que el filtro retiene 30 por ciento de las partículas de un micrón y mayores.

Si se considera que existen varios criterios que pueden diferir al apreciar la mancha que se forma y que los fabricantes de filtros pueden declarar que su producto tiene una dada eficiencia, pero omiten decir si se cumple con esa eficiencia al inicio o al final de la vida del filtro, la ASHRAE creó un nuevo estándar para poder comparar los filtros, denominado 52.2.

Este estándar se basa en una prueba controlada mediante el uso de un aerosol estandarizado, con la cual se mide la eficiencia efectiva de los filtros en tres rangos de tamaño de partículas: de 0.3 a 1 micrón; de más de 1 micrón, hasta 3, y de más de 3 hasta 10. Al resultado de evaluar la eficiencia en los rangos establecidos, se le conoce como MERV (Valor Mínimo de Eficiencia Reportado), el cual se expresa como un número entero. Entre más alto, es mejor el desempeño del filtro desde el inicio de su vida útil; de manera que es mejor referirse a un filtro por su MERV.

Otro aspecto importante por considerar en los filtros para esta aplicación en particular es que el material que constituye el medio filtrante (comúnmente denominado media) sea incapaz de permitir la proliferación de microorganismos, es decir que sea bio-estaticida, lo que significa que no es un medio apto para la reproducción (nótese que no elimina ni mata a los microorganismos, pues no es microbicida). Esto no es conveniente porque, cuando se expone un organismo a condiciones adversas, es muy probable que evolucione y desarrolle resistencia a la acción del compuesto microbicida con las consecuencias que ello implique.

Para facilitar la comprensión de este tema, es admisible hacer referencia a un término que se utiliza comúnmente, el denominado tren de filtración, el cual se refiere a la disposición o arreglo que tienen los filtros en el sentido del flujo del aire que permitan garantizar la calidad requerida. De acuerdo con lo anterior, cada área del hospital deberá contar con un equipo de aporte y acondicionamiento del aire, el cual contendrá todos los elementos necesarios para garantizar la calidad requerida. Una vez que se han establecido los aspectos fundamentales que han de considerarse para los filtros que se utilizan en estas aplicaciones, a continuación se describe lo que debe ser el tren de filtración adecuado para las distintas áreas.

Filtro metálico
Tiene como finalidad retener partículas muy grandes, como tierra, papel, plástico, etcétera. Adicionalmente, sirve como demister, es decir, ayuda a eliminar el exceso de humedad (agua). La utilización de este tipo de filtro permite alargar la vida de las siguientes etapas. Se sugiere la utilización de estos filtros fabricados en aluminio o lámina galvanizada.

Filtros mecánicos o físicos, baja y alta eficiencia, tipo cartucho. Este tipo de filtros se utiliza para atrapar partículas finas. Existen en diferentes eficiencias, desde MERV-8 hasta MERV-15, y en diferentes espesores, desde 1” hasta 12”. El medio filtrante en este tipo de filtros se encuentra plisado, lo que permite tener mayor cantidad en la misma área de paso. La cantidad de media filtrante está en proporción directa al número de pliegues por unidad de longitud (comúnmente pulgadas o pies). La sugerencia en cuanto a esta etapa de filtración se inclina por los filtros de tipo mini-plisados y en espesores de 4, 6 o 12”, ya que ello está directamente relacionado con la cantidad de material filtrante (media) y, por lo tanto, con el ΔP inicial, el consumo de energía y la vida útil.

Filtros mecánicos tipo bolsa
Su utilización es muy común en algunas aplicaciones. Tiene como ventaja una enorme capacidad para retener polvo. Se sugiere su utilización en sistemas con grandes volúmenes de aire y velocidades constantes. Por su construcción, son más resistentes al impacto de partículas; es decir, la media de que está construido un filtro tipo bolsa es más resistente por tratarse de una “tela” de varias capas, en donde la eficiencia está determinada por la capa exterior, que es la menos expuesta al impacto en el sentido del flujo del aire. El inconveniente se presenta cuando se apaga el equipo (disminuye el flujo). El filtro se puede colapsar y eso produce un reacomodo de las partículas que al arranque del equipo se pueden desprender (como si se sacudiese el filtro). Es cierto que existen versiones de filtros tipo bolsa que son rígidos, es decir que la media está permanentemente desplegada, y ello evita el problema mencionado; sin embargo, su precio los deja fuera como opción para algunas aplicaciones. En este sentido, no es conveniente especificar filtros tipo bolsa en equipos (manejadoras) de volumen variable.

Filtros tipo HEPA
Se utilizan para atrapar partículas muy finas. Existen en diferentes eficiencias, pero todas referidas a 0.3 micrones, y las variantes son en centésimas de punto de eficiencia. El resultado obtenido desde el punto de vista de calidad ambiental y consumo eléctrico es muy similar y depende más del tipo de filtro y la cantidad de media que contenga el modelo. Las eficiencias se expresan como 99.997 @ 0.3µ, 99.999 @ 0.3µ. Existen dos variantes básicas en este tipo de filtros: los de capacidad estándar, que trabajan a velocidades de 250 pies por minuto, y los de alta capacidad, que trabajan a 500 pies por minuto. La recomendación es utilizar filtros de alta capacidad porque es la velocidad estándar de paso de aire en una manejadora. Estos filtros, además, pueden tener marco de madera, de lámina galvanizada y de plástico.

Filtros terminales
Se instalan en el interior del cuarto que se va a acondicionar; por ejemplo, los cuartos aislados inmunosuprimidos, donde la principal característica es la eficiencia, que va desde tipo HEPA, hasta los denominados ULPA; en otras palabras, HEPA 99.997 @ 0.3 µ, ULPA 99.999 @ 0.12µ. Los gabinetes en que se montan estos filtros y el filtro deben ser compatibles y no permitir pasos de aire sin filtrar. Debido a su muy alta eficiencia y a que se ubican en las áreas por acondicionar, las velocidades de paso son muy bajas, de 100 pies por minuto o menos. Esto hace que para manejar un flujo se requiera de 4 a 6 veces más área que para los filtros comunes.

En este tipo de espacios, en particular, existe un producto que no es un filtro, pero es importante para contribuir a la limpieza ambiental, ya que elimina los microorganismos; se trata de las lámparas de luz ultravioleta, las cuales tienen un uso muy extendido en ámbitos hospitalarios, desde la limpieza de los serpentines de enfriamiento en las manejadoras de aire, hasta la eliminación de la carga biológica en el aire que se introduce o recircula, así como en las descargas ambientales de los laboratorios de investigación. Estas lámparas se deben colocar en el sitio adecuado, de acuerdo con la aplicación deseada.

• Para mantener los serpentines de enfriamiento libres de la bio-película (hongos) que los recubre, las lámparas se deberán colocar del lado de baja presión del serpentín, es decir, del lado por donde el aire sale, y en cantidad suficiente para irradiar toda la parte inferior del serpentín, hasta una altura proporcional al ancho de la charola
• Para eliminar la carga biológica en el aire, es necesario colocar las lámparas del lado de alta presión de los filtros de más alta eficiencia del sistema; es decir, del lado donde ingresa el aire en el filtro

De acuerdo con lo anterior, se observa que todas las áreas del hospital requieren considerarse como limpias con respecto al exterior y, por lo tanto, todo el aire que se introduce al hospital debe filtrarse con un tren de filtración que garantice al menos una limpieza equivalente a 65 por ciento @ 1 µ; precisan utilizar filtros con MERV 11.

Para las áreas que requieren mayor calidad de aire, como los quirófanos y los cuartos para pacientes inmunodeprimidos, es necesario utilizar un tren de filtración.

Por último, el movimiento y distribución del aire es un proceso adicional que habrá de considerarse en el sistema de aire acondicionado. Es fundamental para su calidad, pues la forma de distribuir o mover el aire dentro de una zona juega un papel fundamental; para ello se utilizan distintos elementos: ventiladores o extractores, ductos, rejillas y difusores, cajas de volumen variable, así como todo un sistema de control que permite establecer el flujo y las relaciones de presión necesarias, aun en caso que existan pérdidas de flujo en los equipos de manejo. La correcta distribución y movimiento del aire dentro del recinto hospitalario es la única forma de garantizar que los contaminantes sean removidos y trasladados hasta un punto donde se desechan o eliminan mediante filtros, ya que como Wells  mostró, los gérmenes o agentes infecciosos que son menores a 5 µm pueden flotar en el aire indefinidamente si no son arrastrados por una corriente de aire.

Otro concepto importante que se debe conocer es la denominada presurización o presión diferencial, ya que su aplicación permite delimitar espacios. Así pues, la presurización es la introducción de aire adicional en el interior de un recinto o cuarto, con la finalidad de establecer un diferencial de presión positivo entre dicho recinto y su entorno. Esto significa que cuando un cuarto tiene presión positiva, al abrir la puerta el aire saldrá, evitando que se introduzca aire exterior, el cual no está tratado.

Se puede decir que, en general, la ventilación de todas las áreas del hospital requiere crear una ligera sobrepresión con respecto al exterior para evitar que el aire externo (no filtrado) penetre a través de las rendijas de puertas y ventanas. Sin embargo, como es sabido, algunas zonas de los hospitales necesitan cumplir con la condición de contar con una presión de aire diferente a la de su entorno, ya sea mayor (positiva) o menor (negativa). En este caso, el flujo de aire inyectado deberá ser menor que el que se extrae.

Por ejemplo:

• Es preciso que los quirófanos cuenten con una presión positiva, en relación con los locales colindantes, y dentro del quirófano debe existir una distribución de presiones en relación decreciente a partir del área más limpia que es la sala quirúrgica
• Las habitaciones para aislamiento de enfermos contagiosos deberán tener presión negativa
• Las habitaciones para aislamiento de enfermos inmunodeprimidos deberán tener presión positiva

Esto es posible conseguirlo si se mantiene una proporción entre el caudal de aire de inyección, el cual debe ser 15 por ciento superior o inferior al caudal de aire de extracción, lo que significa que ambos caudales, aire el de inyección y extracción, deberán contar con sistemas de control relacionados que permitan regular y garantizar las condiciones de aislamiento adecuadas para cada área, de acuerdo con el grado de exigencia y clasificación correspondientes.

“Los cuartos de hospitalización se dividen en regulares y aislados. Los aislados alojan a pacientes de dos tipos: infectocontagiosos e inmunodeprimidos. El primer caso es cuando los pacientes pueden ocasionar infecciones al resto de los pacientes, mientras que el segundo caso es cuando la persona convaleciente tiene las defensas bajas. Básicamente, los cuartos inmunodeprimidos tienen una esclusa previa y, al momento de acceder al cuarto, hay una presión positiva que no permite la entrada de agentes exteriores al cuarto”, explica el ingeniero García en cuanto a la categorización de los cuartos aislados en hospitales.

Al momento de diseñar un área con una presión diferencial, debe existir un manómetro ubicado en un sitio visible que permita monitorear de forma continua la existencia de la presión deseada. Con esto, se hace referencia a la necesidad de cambiar el aire en un recinto hospitalario, y ello es menester por dos motivos básicos: la concentración de contaminantes generados en el interior del recinto y la necesidad de lograr un adecuado confort térmico.

Existen dos formas de inyectar aire en un espacio hospitalario: con difusores normales, en este caso el número máximo de cambios o renovación de aire es entre 15 y 20 por hora; con difusores de flujo laminar, en cuyo caso es posible aumentar el número de cambios o renovaciones únicamente en las zonas críticas. Actualmente, existe una discusión importante en relación con la posibilidad de recircular el aire en algunas áreas del hospital, como el quirófano. Los aspectos por considerar son dos: el costo del acondicionamiento del aire en climas extremosos y la calidad del aire requerida de acuerdo con el uso del recinto.

Ambos aspectos son fundamentales y válidos, pero no están contrapuestos. Los especialistas coinciden en que la solución reside en el tratamiento que se le dé al aire antes de reintroducirlo (en caso de que no se expulse) al recinto. Es decir, si el aspecto económico, por situarse en un clima extremo, es muy importante, es posible lograr la calidad del aire necesaria mediante el uso de filtros y lámparas de luz ultravioleta, cuya combinación permite garantizar la calidad del aire, ahorrando energía en el acondicionamiento climático. También es importante considerar la posibilidad de sustancias en fase gaseosa que obligaría a considerar la utilización de una etapa de filtración especial para eliminarlos.
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