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3 métodos para prevenir contagios de SARS-CoV-2 y otros patógenos en edificaciones

La pandemia de coronavirus ha extremado las precauciones para asegurar la calidad del aire interior. La filtración, la ventilación y las luces UV-C son tres de los métodos que puedes utilizar para disminuir la probabilidad de contagio de cualquier contaminante

Carlos Hernández y Jorge Hernández

La pandemia de la covid-19 ha sido y es objeto de innumerables investigaciones que buscan combatirla. El escenario ideal sería la erradicación, pero, de momento, las medidas que se han adoptado son de prevención.

Las recomendaciones con las que la población se ha acostumbrado a vivir, como el lavado frecuente de manos con agua y jabón, el uso de gel antibacterial, la sana distancia, la cancelación de reuniones, los espacios ventilados, el uso de cubrebocas junto con careta al asistir a algún sitio, y la concientización del problema ha permitido continuar las actividades con “cierta normalidad”.

A pesar de estas medidas, es probable que aún deban transcurrir varios meses para retomar las actividades con “cierta similitud” a lo que se daba con normalidad hasta antes del 11 de marzo de 2020, fecha en que la Organización Mundial de la Salud (OMS) declaró a la nueva enfermedad como pandemia.

Los especialistas en aire acondicionado (AA) hemos contribuido con investigaciones y recomendaciones; todas ellas con el ánimo de crear ambientes más limpios y saludables, aunado a una convivencia, en la medida de lo posible, más sana. Organizaciones como ASHRAE presentan en sus estándares los lineamientos que se deben considerar para diseñar un sistema de AA. Además, hemos revisado información publicada por empresas caracterizadas por su tecnología.

Con base en nuestra experiencia, junto con lo mencionado en el párrafo anterior, consideramos adecuado hablar sobre tres medidas de prevención que contribuyen a disminuir la propagación del virus y la probabilidad de infección. En este artículo presentamos un resumen a partir de algunos estándares con los comentarios generales.

01 Sistemas de filtración acordes con el entorno
El estándar de ASHRAE 52.2-2017 nos permite entender cómo los especialistas dedicados al diseño pueden seleccionar los productos adecuados de filtración de aire y comprensión de los valores de MERV (minimum efficiency reporting value) para los diferentes sistemas de filtración.

A partir del postulado de que el AA es un proceso basado en conceptos fisicoquímicos que controla variables como temperatura, humedad, contaminantes (internos o eternos), presión, flujo de aire u otras, comentamos a continuación lo relacionado.

a) ¿Qué es la filtración?
Es un proceso físico que separa contaminantes, normalmente sólidos, por medio de dispositivos llamados filtros. Estos tienen características específicas para retener partículas de diferentes tamaños. Existen también filtros que permiten retener gases y que se utilizan en procesos que requieren una mayor especialización en el diseño. En otras palabras, los tipos de filtración se puede clasificar según el tipo de contaminante (sólidos o gases).

La filtración sucede cuando un flujo de aire con un contenido de contaminantes pasa a través de filtros colocados en un sitio o en un equipo, como un aire acondicionado. En este último caso, los filtros pueden estar dentro de una unidad manejadora de aire, de una unidad paquete, de un fan & coil, entre otros.

Figura 1. Los patógenos transmitidos por el aire representan un desafío importante para la salud humana. Las partículas más pequeñas son el mayor peligro, debido a su capacidad de eludir las defensas del cuerpo. De todas las partículas en el aire, las de los virus son algunas de las más pequeñas; esto les permite profundizar dentro de los pulmones y entrar al torrente sanguíneo

b) ¿Qué ventajas o beneficios se obtienen al filtrar el aire?

  • Ambientes más sanos como consecuencia de respirar un aire más limpio, luego de haber eliminado partículas dañinas para las personas.
  • Alta probabilidad de un menor mantenimiento a accesorios del equipo e incluso la reducción de fallas en los mismos.
  • Ahorros de energía al evitar que los equipos sean sometidos a un trabajo adicional cuando hay acumulación de partículas en el aire.

Figura 2. Comparación entre los tamaños de un germen pm de 2.5 (gota microscópica de aerosol expulsada por medio de la tos), la bacteria del estreptococo, un bacteriófago y el virus SARS-CoV-2, causante de la covid-19

Métodos de filtración

  1. Captura de partículas: cuando las partículas son grandes, se capturan entre dos tipos de fibras.
  2. Golpe o impacto: al estar presentes en el flujo de aire, las partículas más grandes golpean la malla y no pueden seguir su recorrido.
  3. Intercepción: las partículas medianas hacen contacto con la malla o fibra cuando están cerca.
  4. Difusión: este método se utiliza para partículas pequeñas, ya que se considera que éstas se mueven de forma aleatoria y hacen contacto con la fibra en cualquier punto.
  5. e) Atracción electrostática: las partículas son atraídas a la fibra por medio de una carga (electrostática) que hay en la fibra, debido a que son cargas opuestas.

Comentarios generales acerca de los filtros
El nivel de filtración está determinado por el tipo y grado de contaminación del aire utilizado para acondicionar, ya sea proveniente del exterior, del interior del local o una mezcla de ambos, y por el grado de limpieza requerido en el local o proceso según lo especificado.

La eficiencia de los filtros es la capacidad que éstos tienen para retener partículas con relación a las existentes en el flujo de aire.

En los métodos básicos para la prueba de eficiencia debemos considerar peso, área y el llamado “conteo”.

Pruebas de filtración de acuerdo con ASHRAE 52.1-1992

  • Prueba de calidad del diseño del filtro.
  • Prueba destructiva para medir la eficiencia, caída de presión y capacidad de retención de polvo en el filtro.
  • Prueba de aerosol con polvo estándar ASHRAE:
    • Clasificación de tamaño de partículas en polvo de Arizona.
    • Pelusas de algodón.
    • Polvo de carbón.
    • Resistencia inicial.
  • Información sobre presión:
    • Presión requerida para mover el aire a través del filtro a un flujo establecido.
    • Medido y reportado en pulgada columna de agua, pascales o milímetros columna de agua.
  • Capacidad de retención de polvo:
    • Cantidad de polvo retenido en el filtro al final de la prueba.
    • Leído en gramos.
  • Arrestancia – usando polvo de prueba ASHRAE:
    • Porcentaje de polvo por peso que el filtro captura.
    • Si el filtro captura 60 gramos de 100 gramos que se le alimenta, la arrestancia será de 60 por ciento.

Métodos para realizar pruebas de filtración
EF = (Partículas retenidas/partículas existentes) x 100

  • Método de peso: El peso de las partículas es proporcional al cubo de su diámetro.
  • Método de área:El área que proyecta una partícula es proporcional al cuadrado de su diámetro.
  • Método de conteo:Se cuentan únicamente las partículas de tal manera que:
    • Número de partículas en el flujo = (100 + 1) = 101.
    • Número de partículas retenidas = 1.

Metodología basada en ASHRAE 52.2 – 1999

  • Túnel de Pruebas.
  • Normas

Figura 3. Prefiltro en unidad de tratamiento de aire

La norma internacional para determinar el comportamiento de un filtro en sistemas de aire acondicionado es el ASHRAE 52.1-1992 e implica dos mediciones básicas: arrestancia (peso) y eficiencia. Si es conteo, con DOP en filtros de alta eficiencia; si es área, en filtros de mediana eficiencia.

Gases contaminantes
Para la retención de contaminantes gaseosos, la eficiencia se establece pesando el filtro antes y después de la prueba y conociendo el peso del gas contaminante que pasa por el filtro.

En los filtros de sólidos, la saturación del filtro se determina midiendo la presión diferencial existente entre la del aire a la entrada del mismo y la del aire a la salida, y comparándola con la recomendada por el fabricante. Los filtros para gases usan tarjetas indicadoras de color según la sustancia a retener. Las tarjetas cambian su color de acuerdo con la concentración del contaminante. Si el color es el mismo antes y después del filtro, significa que ya está saturado.

El material filtrante para contaminantes sólidos depende del tamaño de las partículas que se tenga pensado en retener. Los materiales que se pueden utilizar son fibra de vidrio, mallas metálicas y de plástico, fibras naturales y fibras sintéticas largas y cortas, papel filtro submicrónico, carbón activado, alúmina activada, permanganato de potasio, bromuro de litio y agua.

La eficiencia del material filtrante depende de la velocidad del flujo, el número de fibras y el tamaño de las partículas. La pretensión es poder ofrecer mayor eficiencia y capacidad, disminuir la caída de presión dentro de las unidades donde se encuentran instaladas, que cada vez ocupen menos espacio, así como el beneficio de contar con un costo cada vez más atractivo. También es recomendable utilizar un filtro de menor eficiencia como prefiltro de otro de mayor eficiencia.

Al seguir la información antes mencionada, estaremos realizando buenas prácticas de diseño y de instalación, lo que redundará en beneficios a la salud.

Sistemas de ventilación adecuada
La ventilación adecuada en un recinto está vinculada con la calidad del aire interior (CAI). El estándar ASHRAE 62.1-2019 para edificios nuevos y existentes hace recomendaciones para diseñar ambientes saludables y disminuir la propagación o contagio de virus o agentes patógenos a los ocupantes, lo cual es muy importante ante la actual situación mundial causada por el virus SARS-CoV-2.

Tampoco olvidemos el hecho de que el aire de renovación, el cual siempre es considerado al realizar un proyecto de aire acondicionado, tiene que provenir del exterior. Por tanto, este aire se debe considerar desde el diseño. En este sentido, las grandes ciudades que presentan problemas de contaminación se convierten en un factor a tomar en cuenta.

Figura 4. Sistema industrial de aire acondicionado y ventilación

Pensemos en un espacio con la cantidad de personas que lo ocupan y el tiempo que pasan dentro de él. La realidad es que aproximadamente un 90 por ciento de nuestro tiempo nos encontramos en espacios cerrados. Puede ser en un aula de clase, un gimnasio o una oficina. Ventilar los espacios de forma adecuada (cambios por hora de renovación de aire) nos permitirá eliminar las partículas y gases como el bióxido de carbono emitido por el ser humano.

Atendiendo las recomendaciones que nos señala el estándar, comentemos sobre el aire de renovación. En el diseño del proyecto se debe considerar:

  1. El caudal o volumen de aire necesario para ventilar el espacio. Se mide en m3/h o en pcm.
  2. La presión necesaria para vencer la resistencia que ofrece la instalación.

Para ventilar o renovar un local, deberemos aportar aire por un lado y extraerlo por otro. Esta aportación dependerá de la actividad o el uso que se haga del local, las alteraciones que sufra el aire y el calor que se despida, según la actividad (principalmente en el sector industrial).

Figura 5. Tabla de renovaciones de aire por tipo de espacio

En función de los factores que afectan la aportación de aire, se podrá determinar el número de renovaciones precisas por hora (R/H) que requiere un local determinado. Dependiendo del tipo de espacio que vayamos a diseñar, existen tablas que nos indican cuántas renovaciones de aire deben considerarse (Figura 5).

Ejemplo de cálculo de renovación en un almacén
De acuerdo con la Figura 5, en un almacén se recomiendan entre cinco y diez renovaciones por hora. Tomemos como media siete renovaciones. Después calcularemos el volumen del local (V) en metros cúbicos (m3) con la fórmula V= A·B·C. En este caso las dimensiones son: ancho = 10 m, profundidad = 20 m, altura = 5 m.

El volumen de este almacén es de 1,000 m3. Al multiplicarlo por las siete renovaciones/hora, da como resultado un caudal necesario de 7,000 m3/h. Necesitaremos que los ventiladores aporten un caudal (Q) recomendado de 7,000 m3/h en este almacén.

V = 5 · 10 · 20 = 1,000 m3
Q = V · R/H Q = 1,000 m3 · 7R/H = 7,000 m3/h

Obtenemos, pues, los cambios por hora sugeridos para que el espacio, en este caso el almacén, tenga una ventilación adecuada según el estándar.

Para trasladar este cálculo a otros entornos como oficinas, escuelas u hogares, primero hay que pensar en la probabilidad de que estos sitios no posean sistemas mecánicos que ayuden al movimiento del aire y, menos aún, que cuenten con sistemas de control para detectar aire viciado, como los sensores de bióxido de carbono. En esa situación, la apertura de ventanas o puertas nos ayuda a renovar el aire que estamos respirando en un espacio.

La covid-19 ha transformado la forma de especificar equipos con características idóneas para una ventilación adecuada. Asimismo, medidas sencillas como la mencionada en el párrafo anterior, ayudan a una mejor CAI.

Figura 6. Lámparas ultravioletas utilizadas para esterilizar el aire en plantas de transformación de alimentos

03 Uso de luces UV-C para combatir la presencia de virus
Aunque el uso de las luces ultravioleta no es algo nuevo en el aire acondicionado, durante el último año su uso se ha intensificado, debido a las solicitudes para aumentar la prevención contra el SARS-CoV-2. Por ello, debemos entender cuál es la función de este accesorio en equipos de distribución de aire, sean manejadoras o fan & coils. La versatilidad que ofrece este elemento nos permite contar con un recurso más para ofrecer soluciones a los usuarios que lo demandan.

Figura 7. Acción aniquiladora de la luz UV-C

La luz ultravioleta es un tipo de iluminación con una longitud de onda (corta) que oscila entre 100 y 280 nm. Tiene un efecto importante para eliminar bacterias y virus. La luz UV que se utiliza en las aplicaciones es la del tipo C. En nuestro caso, nos referiremos a ella como luz UV-C.

Por lo general, la longitud de onda utilizada es de 265 nm en sistemas de HVAC. Muchas bacterias y virus están presentes en los serpentines o charolas de condensados porque un flujo de aire acarrea por sí mismo diferentes tipos de microorganismos. La acción de una lámpara UV-C ocasiona que éstos últimos, al estar expuestos a la radiación, sufran una degradación y mueran. Existen sistemas más complejos que, además de contar con el sistema de lámparas, utilizan purificadores de aire o sistemas de filtración para gases, como los de carbón activado.

Figura 8. Dosis de luz UV-C para eliminar algunos microorganismos

El aspecto más importante que se debe de considerar en el uso de lámparas UV-C es el tiempo de exposición. Por ello, hay que hacer un análisis específico por parte del proveedor de este tipo de luces. Si se realiza de manera correcta, la probabilidad de eliminar microorganismos es del orden de un 99 por ciento.

Utilizando una incidencia de energía de 253 a 256 nm, midiendo en microwatt-segundo/cm2, las dosis de luz UV para eliminar algunos microorganismos son los siguientes:

El uso de sistemas de filtración, diseño de ventilación basado en normas y uso de luces UV-C permitirá una mejora en la CAI.

Por último, como ya hemos destacado, ninguna de las tres soluciones analizadas son algo nuevo en la industria HVACR; sin embargo, la llegada de la “nueva normalidad” demanda el uso de estos recursos de manera intensiva para poder ofrecer sitios con menos probabilidad de contagio. Las investigaciones y desarrollos tecnológicos continuarán.
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Carlos Hernández
Cuenta con 30 años de experiencia en la industria HVACR y 19 años dando clase en la Facultad de Química de la UNAM. Credencial LEED® Green Associate desde octubre 2012. Licenciado en Historia y maestro en Administración por la UNAM. Actualmente es gerente de Especificaciones y Desarrollo de Contratistas en Daikin México.
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Jorge Hernández
Cuenta con más de 14 años de experiencia técnica en aire acondicionado y refrigeración, tanto en el desarrollo de proyectos como en campo. Ingeniero Mecánico Energético, egresado de la ESIME Azcapotzalco (IPN). Actualmente es gerente de Soporte Técnico Aplicado en Daikin México.
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BIBLIOGRAFÍA:
1.- “The Use of Ultraviolet Light for Microbial Control”, Ultrapure Water, April 1989.
2.- Standard 62.1, ASHRAE.
3.- Standard 55.1, ASHRAE.
4.- Standard 55.2, ASHRAE.

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