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En el pasado existieron diversos problemas, en la elaboración de fármacos,relacionados sobre todo a contaminaciones que incidían en la calidad de los mismos.Hoy día, existen pautas reglamentarias internacionales,que a fin de minimizar este hecho,permiten tener en cuenta las características de las diferentes áreas de esta industria.La clasificación de dichas áreas se basa en la calidad del aire que debe imperar en zonas críticas y limpias,aspecto que se fundamenta en la adecuación de los sistemas filtrantes de aire,hecho que se describe en el presente material.Asimismo, la información aportada en el texto permite extrapolar los conocimientosa otras áreas de importancia relevante sobre la salud humana,ya sea como la existente en el hospital o en determinadas zonas de la industria alimentaria.El mérito del autor es el de ser pionero en el inicio de esta temática muchos años atrás,cuando todavía no se conocía muy bien la importancia de estos aspectos sobre el saneamiento ambiental,existiendo solamente material disperso.En 1975 se editó su primer edición denominada “El Filtrado Industrial del Aire”

y la emisión del presente texto permite su continuidad.Su utilidad fué y se refleja, así como las numerosas fuentes literarias que aporta,como referencia bibliográfica en los diferentes cursos de grado y de post-grado donde ademásel autor actuó como disertante de diversas charlas científico-tecnológicas.Esta publicación describe actualizaciones y novedades provenientes de países más avanzados sobre filtración de aire,tomas de muestras y mediciones, con una transmisión didáctica de conocimientos tal como la que caracterizaa la habilidad de Mino Covo en este campo.

Acad. Prof. Miguel A. Caso Acad. Prof. Miguel D� Aquino

PROLOGO

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Contaminación ambiental. 5Filtros de aire. 9Los filtros de aire y sus aplicaciones, ventilación y aire acondicionado. 13Ensayos de filtros de aire, Norma ASHRAE. 17Los filtros HEPA, su origen y desarrollo. 25Filtros HEPA y ULPA, determinación de eficiencia, validación y controles. 29Areas limpias y flujo laminar. 37Normas para la clasificación de áreas limpias. 43Contaminación controlada. 46El uso apropiado de los equipos de flujo laminar, precauciones en su operación. 50Control de contaminación en ambientes de producción de alimentos y bebidas. 55Bioseguridad y filtración de aire. 59

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SUMARIO

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NOTA DEL AUTOREn este apunte he recopilado,traduciendo y resumiendoimformación muy dispersa que esdifícil de conseguir en nuestro medio.He agregado ademásalguna información tomadade mi experiencia sobre el tema y me hebasado en mis apuntes anteriores,así como en mis artículos publicadosrecientemente por la revistaPharmaceutical Technology Argentinay la revista Technofood.No he pretendido más originalidadque poner al alcance del usuarioinformación difícil de obtener.

Producido por: Ediciones VR S.A.Diseño de tapa: Juan Marcos Ventura.

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EL AIRE ATMOSFERICOEl aire es una mezcla de diferentes gases.El aire atmosférico se compone en un 21%de Oxígeno, 78 % de Nitrógeno, 1% de Ar-gón y 0.03% de dióxido de Carbono. Haytambién pequeñas cantidades de otros ga-ses tales como Hidrógeno, Neón, Criptón,Helio, Ozono, Xenón y variadas cantidadesde vapor de agua.El hombre depende del aire para vivir ycualquier diferencia substancial en la com-posición porcentual del aire normal lo pue-de hacer indeseable. A presión atmosféri-

la concentración de dióxido de Carbono pordebajo del nivel de peligro llega alrededorde 5 m3 por hora, en ambientes cerrados ypor individuo.Al proyectar sistemas de aire acondicio-nado, es suficiente un caudal de aire derenovación de 15-20 m3 por persona y porhora. Sin embargo, es muy común que senecesiten mayores caudales para disiparcalor, frío o contaminantes.Polvo atmosféricoEl aire contiene diversos materiales extra-ños, originados en procesos naturales, ta-les como la erosión del viento, evapora-ción del mar, terremotos o erupciones vol-cánicas, o en las actividades humanas,como los productos de la combustión deprocesos industriales.El polvo atmosférico es una mezcla de ne-blina, humos, partículas secas granularesy fibras. Un análisis del aire revela hollín yhumo, trazas de residuos animales y ve-getales, material orgánico en forma de al-godón y fibras de plantas y fragmentosmetálicos. También contiene microorganis-

mos: bacterias, esporos y polen. Talespartículas, dispersas en el aire o en ga-ses, son llamadas comúnmente aerosoles.Pese a que la concentración de aerosolesen el aire común es pequeña, tiene un efec-to importante en nuestro ambiente. Los fe-nómenos eléctricos en la atmósfera, la ab-sorción de la radiación solar y la forma-ción de nubes, están de alguna maneraafectados por las impurezas del aire. Loque resulta quizás, más evidente, es elefecto de la contaminación del aire atmos-férico sobre los seres vivos y los materia-les.Con el desarrollo industrial y el aumentode concentración de núcleos urbanos, lacontaminación del ambiente ha crecido enlas últimas décadas, paradójicamente juntocon la necesidad de contar con ambientesmás y más limpios para diferentes proce-sos industriales de tecnología sofisticada.Los vehículos automotores, industrias, lascalderas y equipos donde se produce com-bustión, son las principales fuentes de con-taminantes ambientales. De estos conta-minantes ambientales, nos interesan en

Los requisitos para controlar la calidad de productos farmacéuticoso alimenticios hacen cada vez más importante el control de la conta-minación en los ambientes donde se elaboran.En forma paralela se cuida la calidad de las bebidas por la aplicacióncada vez mayor de filtros formados por placas y cartuchos de mem-brana para la retención de partículas, bacterias y levaduras.Es importante considerar al aire y a la contaminación ambiental paraentender así cómo combatirla, reducirla o eliminarla con los elemen-tos adecuados.

ca, concentraciones de Oxígeno menoresdel 12% y concentraciones de dióxido deCarbono mayores que el 5%, aún para cor-tos períodos, son peligrosas. En períodosprolongados, pequeñas variaciones en lacomposición del aire pueden ser peligro-sas.El ser humano emplea alrededor de 30 li-tros de Oxígeno por hora. Su requerimientode aire es, por lo tanto, 150 litros ó 0.15m3 por hora. El dióxido de Carbono produ-cido por los seres humanos, conduce a queel aire necesario mínimo para mantener

CONTAMINACIONAMBIENTAL

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particular los aerosoles que definiremoscomo “ todas las partículas sólidas y líqui-das dispersas en el aire” , formando partede él como impurezas permanentes. De-bemos destacar, que por tamaño, los ae-rosoles ambientales son normalmente in-feriores a los 10 µ, pues partículas de ma-yor tamaño caen rápidamente y sólo se en-cuentran en el aire más o menos cerca dellugar donde se originaron.En los Estados Unidos, la Agencia para laProtección del Medio Ambiente, por me-dio de oficinas de ensayos de aire distri-buidas en diferentes localidades ha reco-gido información sobre el tema. Una de lasprácticas comunes para medir el aire at-mosférico ha sido considerar la calidad delpolvo en toneladas por kilómetro cuadra-do, y por mes. Esta cantidad para ciuda-des de Estados Unidos y Europa varían de10 a 18 ton/km2/mes.En término de concentraciones de polvosuspendido, en peso por unidad de volu-men de aire, pueden considerarse valoresque fluctúan desde 0.1 mg/m3 en zonas su-burbanas hasta 10 mg/m3 en distritos in-dustriales altamente contaminados. En unatormenta de tierra las concentraciones depolvo pueden llegar hasta un máximo de10 g/m3.Pueden considerarse además los nivelesde contaminación de aerosoles en funciónde la cantidad por recuento, por unidad devolumen. Para ello se utilizan contadoresfotométricos digitales que cuentan y clasi-fican por medio de celdas fotoeléctricas yamplificadores las partículas suspendidaspara un volumen de aire determinado. Porejemplo, considerando solamente las par-tículas de 0.3 µ y mayores, que son detec-tables por los fotómetros, no es raro en-contrar concentraciones en áreas urbanasde 350.000.000 /m3.

Aún áreas rurales relativamente limpiaspueden tener concentraciones de partícu-las de 0.3 µ y mayores de 21.000.000 /m3.Debemos destacar que a pesar de las al-tas contaminaciones típicas de las ciuda-des industriales, dentro de locales cerra-dos con ventilación normal la concentra-ción de partículas es aún mayor que en elexterior y en la mayoría de los casos gene-rada por el personal. Un ambiente con con-centración alta de humo de cigarrillo pue-de tener hasta 1.000.000.000 de partícu-las/m3 mayores de 0.3 µ.Con referencia a las concentraciones demicroorganismos en el aire, se puede ha-blar desde centenares hasta miles por piecúbico. La mayoría de los microorganismosno están aislados, sino tienen como vehí-culo partículas de polvo o forman colonias.Se ha comprobado que la mayor concen-tración de microorganismos se encuentraen partículas que fluctúan entre los 2 µ y5 µ en tamaño. Ejemplos de concentracio-nes de aerosoles en miligramo por metrocúbico se describen en la Tabla 1.

TAMAÑODE PARTICULAS

El tamaño de las partículas normalmentese mide en micrones (µ = milésimas demilímetro).En la atmósfera las partículas pueden me-dir desde menos de 0.01 µ hasta el tama-ño de fibras, hojas e insectos. Sus formasy configuraciones son innumerables. Losaerosoles de menor tamaño son productode condensación o sublimación de humos,en procesos de combustión, o provienende reacciones gaseosas, en procesos quí-micos o físicos.Las partículas de mayor tamaño provienende la erosión de la superficie de la tierra yson dispersadas por el viento. Pero tam-

bién pueden originarse por aglomeraciónde partículas de menor tamaño.Fenómenos similares ocurren en nubes,donde las partículas forman los núcleos decondensación para las gotas de agua. Unagota de agua puede contener varias de di-chas partículas, las que son luego unidascuando la fase líquida de la gota se evapo-ra. Este ciclo de aglomeración/evapora-ción sucede a menudo. Hay una clara rela-ción entre crecimiento de partículas y lahumedad relativa del aire.Una limpieza natural de la atmósfera esefectuada por la lluvia. Las opiniones di-fieren en cuanto a si existe un equilibrioentre polvo generado y devuelto a la at-mósfera.Ciertas mediciones de la radiación solarsugieren que la concentración de polvo enel aire ha aumentado durante las últimasdécadas. Las partículas menores de 0.1 µse comportan como moléculas de gas,efectúan un movimiento Browniano y notienen una velocidad de caída mensurable.Las partículas cuyo tamaño fluctúa entre0.1 µ y 1 µ, tienen una velocidad de caídacalculable, pero tan baja que para los fi-nes prácticos es despreciable. Las corrien-tes de aire tienen mayor influencia sobrelos movimientos de dichas partículas quela fuerza de gravedad.Las partículas de rango de 1 µ a 10 µ caencon una velocidad constante y calculableen aire quieto (Ley de Stokes). Sin embar-go, su mantenimiento en el aire puede de-berse a corrientes del mismo.Las partículas mayores de 10 µ, caen rá-pidamente aunque pueden mantenerse enel aire cerca de donde se generan y bajociertas condiciones. Las excepciones a estaregla incluyen al algodón y a otros mate-riales livianos, tales como partes de semi-llas que pueden mantenerse en el aire por

largos períodos de tiempo. Las partículasmás pequeñas que pueden ser vistas porel ojo humano sin ayuda óptica están en elrango de 30 µ a 40 µ. Partículas menoressólo pueden ser vistas en altas concentra-ciones. El humo de cigarrillo, que tiene untamaño medio de 0.5 µ, es un ejemplo deesto último.El término humo es empleado para unamezcla de productos sólidos, líquidos y ga-seosos, consistiendo sus aerosoles en par-tículas extremadamente pequeñas, en fasesólida o líquida, originadas de la combus-tión incompleta de sustancias orgánicastales como carbón, petróleo, madera, ta-baco, etc. Las partículas de humo varíanconsiderablemente en tamaño. La mayo-ría de ellas son menores de 1 µ, variandoa menudo entre 0,1 y 0,3 µ.Los virus por su parte, varían de tamañoentre 0,005 µ y 0,1 µ. Normalmente no es-tán aislados, alojándose en células juntoscon partículas. La medida de la mayoría delas bacterias fluctúa entre 0,2 µ y 0,7 µ,aunque normalmente están agrupadas encolonias o alojadas en partículas de mayortamaño. La medida de los esporos de hon-gos varía ente 10 µ y 30 µ, mientras que elpolen fluctúa entre 10 µ y 100 µ.La neblina consiste en pequeños aerosolesde agua, formados comúnmente por con-densación de vapor, o fina dispersión delíquidos por pulverización o evaporación.

Ciudad Concentración mg/m3(promedio)

New York 0.20Filadelfia 0.23Los Angeles 0.24Washington 0.14Londres (verano) 0.06Londres (invierno) 0.19Londres Greenwich (verano) 0.39Londres Greenwich (invierno) 0.69París (verano) 0.10París (invierno) 0.30

Tabla 1

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RANGO

S DE

TAMAÑO

S DE

PARTIC

ULAS

(en mi

crones

)

1.000 2830-10 20

CANTID

AD DE

PARTIC

ULAS

POR RE

CUENTO

PORCEN

TAJE

EN PES

O

TAMAÑO

PROME

DIO

Figura 1: Distribución de partículas por tamañosen una muestra de aire atmosférico.

LluviaRocío

Hollín PolvosHumos

Moléculas de gas

Rango de tamaño de las partículas más comúnmente presentes en el aire (en µm)

Humo de Tabaco Humo de petróleo

Virus

Partículas volátiles Partículas que decantan

Partículas quedañan los pulmones Esporos de plantasPolen

HongosBacterias

LevadurasNiebla

0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10 100 1.000 10.000

Tabla 2: Clasificación de contaminantesSe originan por erosión del viento, moliendas, trituración y dispersión de materialespulverizados. Son en general formados por partículas menores de 100 µ.a) Provenientes de combustiones incompletas de sustancias orgánicas(tabaco, carbón, leña, petróleo, etc.)b) Provenientes de la sublimación y la oxidación de metales fundidos. Son de 0,1 µ a 100 µ.

Polvos

Humos

RocíosNieblasVapores

SOLIDOS

Organismosaéreos vivientes

n Minerales: rocas, yeso, arcillas, metales. n Vegetales: polen, hari-nas, fibras, etc. n Animales: escamas de piel, pelos, lanas, etc.

Gotas provenientes de la nebulización de material líquido a presión y temperaturas normales, atomización, mezcla y pulverización(ej.: pequeñas gotas dispersadas al estornudar constituyen rocíos con microorganismos)Gotas formadas por condensación de vapores.Son la fase gaseosa de sustancias líquidas o sólidas en su estado normal.Son fluidos amorfos que tienden a ocupar todo el espacio que los contiene o cerramientos en forma completa y uniforme.n Virus: fluctúan entre 0.005 a 0.5 µ. Están agrupados en colonias o tienen vehículo. n Bacterias: 0.3 µ a 12 µ. Están suspendidas en partículas mayormenteentre 2 y 5 µ o forman colonias. n Esporos: 10 µ a 30 µ. n Polen: 10 µ a 100 µ.

LIQUIDOS

GASES

CLASIFICACIONDE CONTAMINANTES

En la Figura 1 se ejemplifica en cantidad yen peso las partículas de polvo recogidasen un ensayo hecho en la Universidad deMinnesota, USA. Se contaron partículasentre 0.3 µ y 30 µ y se agruparon por sustamaños en 6 grupos. De la figura se des-prende que un porcentaje alto del peso to-tal de las partículas corresponde a unacantidad muy baja de las mismas. Se pue-de observar que de un total aproximadode 20.000.000 sólo 36.000 superaron los5 µ de diámetro y sin embargo constitu-yen el 80% del peso total. Por el contra-rio, las 18.280.000 partículas inferiores alos 0.5 µ representan más del 91% porconteo del total de partículas colectadas,

teniendo un peso equivalente al 1% delpeso total.Por consiguiente, un filtro que tenga efi-ciencia de retención alta, si la medimos enfunción de la eliminación del contaminan-te en peso, puede ser totalmente ineficien-te en la eliminación de partículas peque-ñas, por ej. menores de 5 µ, con lo que esineficiente en reducir la carga de microor-ganismos en el aire ambiente. (Tabla 2).

DISTRIBUCIONDE PARTICULASPOR TAMAÑO

Desde el punto de vista del acondiciona-miento del aire de uso general en edificios

y del mantenimiento de los mismos, inte-resa el efecto de mancha o grado deensuciamiento que produce el polvo depo-sitado sobre las superficies. Para visualizarel efecto producido de esta manera, con-sideraremos el área cubierta por las par-tículas sobre una superficie plana y ten-dremos en cuenta el porcentaje de super-ficie cubierta por las mismas, en funciónde su tamaño.La distribución de las partículas en la at-mósfera puede ser registrada de diferen-tes maneras.En la Figura 2, tres curvas muestran la dis-tribución de las partículas por recuento,por su peso, y por su superficie. Las cur-

vas indican, en cada caso, el porcentajeque corresponde a todas las menores has-ta el tamaño dado en el eje de abscisas.La curva superior muestra el número porrecuento, de todas las partículas menoresa un tamaño dado. Por ejemplo: el 99,95%de las partículas en aire son inferiores a 1µ. La curva del medio muestra la distribu-ción porcentual del área proyectada de laspartículas sobre una superficie plana. Elárea proyectada de las partículas de me-nos de 1 µ constituye el 83% del área pro-yectada por la totalidad de las partículas.La curva inferior indica la distribución, porpeso, del polvo atmosférico. Las partícu-las de menos de 1 µ constituyen el 30%,

35.000 52

50.000 11214.000 61.352.000 218.280.000 1

10-5 7º

5-3 43-1 21-½ ¾½-0 ¼

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en peso, del total de partículas suspendi-das. La gran diferencia entre estos valo-res debe ser tenida en cuenta . Las partí-culas mayores de 1 µ representan menosdel 0,05% por recuento, pero su masaconstituye el 70% de la masa total. Dichode otro modo, si tuviéramos un filtro queretuviera todas las partículas de tamañomayor al µ, dejando pasar todas las me-nores, retendríamos para esa muestra deaire el 70% del peso total, disminuiríamosla mancha producida a un 15% de su su-perficie, y por recuento eliminaríamos so-lamente el 0.05% del total de partículassuspendidas. Es decir, tendríamos una efi-ciencia del 70% en peso, del 15% por man-cha y del 0.05% por recuento. Las consi-deraciones anteriores, sobre recuento departículas y su composición porcentual enpeso y en mancha según tamaños, son fun-damentales para comprender diferentesmétodos de evaluación de filtros, en cuan-to a la eficiencia de los mismos. La con-centración de partículas por tamaño se

realiza por recuento o por peso.El tercer método utilizado para definir efi-ciencias ASHRAE (American Society ofHeating Refrigeration, Air ConditioningEngineers) se basa en la proyección de lasuperficie en un aerosol (su sombra, man-cha producida sobre una superficie que lapartícula cubre) se usa para la mediciónrelativa del efecto de mancha que el con-taminante ambiental produce sobre unasuperficie. La concentración por peso sedetermina inyectando un caudal determi-nado de aire a través de un papel de filtropreviamente pesado antes del ensayo. Unavez terminado el mismo, se pesa y por di-ferencia se determina el peso del aerosolretenido que, dividido por el volumen delaire filtrado, nos dará la concentración enpeso de aerosoles por unidad de volumende aire. Se han desarrollado en los últi-mos años contadores de partículas de rayoláser que tienen la capacidad de contarpartículas de 0.1 µ y mayores discriminan-do por medio de multicanales la cantidad

de partículas por tamaño y por unidad devolumen del aire ensayado.El principio en el que se basan es el efectoque la luz dispersada produce sobre unacélula fotoeléctrica donde se generan pul-sos de amplitud proporcional al tamaño dela partícula.La determinación del recuento de partícu-las es importante no sólo para evaluar lacontaminación, sino para validar áreas lim-pias farmacéuticas, hospitalarias, micro-electrónicas, etc. Cuando se mide el efectode mancha del polvo ambiental, se debenmedir superficies ensuciadas, es decir, sólodos dimensiones: ancho y largo de partícu-las depositados sobre las mismas.Las concentraciones relativas de polvo porsu efecto de mancha se mide por la des-coloración de un papel de filtro a travésdel cual ha pasado un caludal definido deaire. La medición del efecto de mancha nose realiza con valores absolutos sino conla relación de dichos efectos entre ambien-tes distintos, como por ej., el ambiente conaire sin filtrar y el ambiente contiguo conaire acondicionado filtrado.

CONCENTRACIONESDE AEROSOLATMOSFERICO

La concentración y distribución del aero-sol atmosférico sufre grandes variacionessegún el lugar, la estación del año, la horadel día, etc.

Unos pocos kilómetros arriba en la atmós-fera, no obstante, la distribución es relati-vamente constante, independientementede si las muestran han sido tomadas so-bre tierra o mar. El número de partículasen el aire es alto, presumiblemente nuncainferior a 1 millón/m3 (28.000 /pie cúbi-co). Los valores normales pueden ser de1.000 a 100.000 veces mayores. Pero, aun-que el número de partículas es alto, su con-centración promedio de contaminantes deaire, a lo largo de un año, puede estar enun orden menor de 0,20 mg/m3, mientrasque en gases de escape de procesos, hu-mos de chimeneas, etc., pueden hallarseconcentraciones de entre 200 y 40.000mg/m3 de aire, comunmente.Mediciones sistemáticas de polvo se rea-lizan cada vez con mayor frecuencia en di-ferentes lugares. La Figura 3 muestra có-mo la concentración promedio varía segúnla densidad de población de las ciudades.En una ciudad de 1 millón de habitantes, laconcentración anual promedio es de 0.08a 0.16 mg/m3. Las variaciones estaciona-les se muestran en la Figura 4. Puede ver-se allí que la concentración de polvo es másalta en invierno, presumilblemente debidoal aumento de combustión para calefac-ción. El aire de las zonas industriales con-tiene normalmente hollín y otros produc-tos de combustión, y la concentración depolvo resulta en estas áreas mayor queen las rurales

Figura 30.2 -

0.15 -0.1 -

0.05 -0 - 100.000 1.000.000 10.000.000Población

Concen

tración

de po

lvo(mg

/m3 )

Figura 2

Curva por conteo:medida con microscopioelectrónico.

Curva por área:calculada.

Curva por peso:medido por sedimentación.

calculada

Diámetro de partícula (µm)

99.9999.9099.0095.0090.0080.0070.0060.0050.0040.0030.0020.0010.005.001.000.100.01

% de

partíc

ulasme

nores

a ese

diámetro conteo

área

peso

0.01 0.1 1 10 20 Invierno Primavera Verano Otoño

○

○

○

○

Figura 4

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APLICACIONDE LOS FILTROS DE AIRE

Los filtros son usados en la industria paralimpiar el aire a ser inyectado en sistemasde ventilación y aire acondicionado, y tam-bién antes de la emisión al ambiente exte-rior de, por ejemplo, centrales nucleares,centros de investigación bacteriológica yde virología, industrias donde se generangrandes cantidades de polvo, laboratoriosde producción de antibióticos, y todo cen-tro industrial que produzca potencialescontaminantes ambientales.La necesidad de aire que cumpla con con-diciones rigurosas de limpieza hace nece-sario el desarrollo de filtros cada vez máseficientes, que son usados en procesosindustriales, como los laboratorios farma-céuticos para inyectables, los circuitos in-tegrados y semiconductores en la indus-tria microelectrónica, las áreas limpiashospitalarias para inmunodeficientes yquemados.En la industria de la alimentación cada vezmás se aplican filtros capaces de dismi-nuir la concentración de partículas porta-

doras de microorganismos, con lo que seaumenta la vida útil de alimentos despuésde su empaque, reduciéndose los recha-zos de control de calidad.

LA IMPORTANCIADEL FILTRO DE AIREEN SISTEMAS DE AIREACONDICIONADO

La filtración del aire es el medio para ob-tener niveles de limpieza definidos. Su apli-cación varía desde la simple operación deevitar el ensuciamiento por polvo y fibrasde las serpentinas de calefacción y refri-geración en sistemas de aire acondiciona-do, hasta la eliminación de partículas sub-micrónicas en chips electrónicos, o bacte-rias en productos estériles. Además, hayun sinnúmero de aplicaciones comunes enla industria:n Proteger a los ocupantes deespacios cerrados del contaminante am-biental en zonas de alta polución. n Pro-teger las superficies de espacios ocupa-dos al eliminar porcentajes importantes departículas que mancharían dichas superfi-cies. n Reducir el mantenimiento de edifi-

Filtros electrostáticosEstán constituídos como equipos capacesde cargar electrostáticamente las partícu-las del aire en una primera sección ioni-zante y luego en un campo electrostáticosepararlas de la corriente de aire por atrac-ción a placas colectoras con cargas de sig-nos opuestos. Estas colectoras son placasparalelas entre las cuales pasa el aire.Filtros de carbón activadoLos filtros de carbón activado son lechosde carbón a través de los cuales el airepasa, reteniéndose en el filtro los gasespor adsorción.Mientras en los dos primeros casos ha-blamos de retención de aerosoles sólidosy líquidos, en el tercero sólo nos referi-mos a la eliminación de gases.

os filtros de aire pueden ser cla-sificados, a grandes rasgos, entres diferentes grupos: Filtrosde retención mecánica de partí-

culas, Filtros electrostáticos y Filtrosde carbón activado.Filtros de retenciónmecánica de partículasSon filtros que tienen la habilidad de rete-ner partículas en el material o mediofiltrante que los componen. La retenciónde partículas se debe a dos factores. Elprimero es el choque o impacto que haceque la partícula entre en contacto con lafibra. El segundo es que, una vez en con-tacto con la fibra componente del mediofiltrante, quede en ella retenida .

Los filtros de aire son elementos o equipos capaces de retener par-tículas de polvo o aerosol cuando una corriente de aire contaminadapasa a través de los mismos. En la industria de la alimentación cadavez más se aplican filtros capaces de disminuir la concentración departículas portadoras de microorganismos con lo que se aumenta lavida útil de alimentos después de su empaque, reduciéndose los re-chazos de control de calidad.

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FILTROS DE AIRE

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cios al disminuir la frecuencia de lavadode cortinas, artefactos de iluminación, pin-turas y rejas difusoras de aire. n Reducirla acumulación de fibras y polvo en con-ductos de aire, con la disminución del peli-gro de incendio. n Aumento del tiempo dealmacenaje de productos alimenticios pe-recederos por eliminación de hongos y bac-terias durante su elaboración y empaque.n Eliminación de bacterias en los quiró-fanos para reducir el riesgo de infeccio-nes. n Eliminación de partículas y microor-ganismos donde se envasan productosinyectables.En la Figura 1 se muestran los componen-tes básicos de un sistema de aire acondi-cionado, donde el espacio es el ambientecerrado circundado por paredes que tie-nen aberturas como puertas y ventanas,cielorraso y piso. Aire ambiente es el aireque se encuentra en el espacio interior.Aire recirculado es el aire que se extraedel espacio, se reacondiciona ajustándo-se la temperatura, humedad y limpieza,retornándose luego al espacio interior. Elsistema de aire de retorno está compues-to por los conductos de retorno y el venti-lador que toma el aire del espacio y lo re-circula por el sistema de aire acondicio-nado. El equipo de aire acondicionado es

el conjunto de filtros, serpentinas de calory de frío, humidificadores y deshumidifica-dores que tratan el aire que se inyecta alespacio. El aire exterior es el que se tomadel ambiente que rodea al espacio. El aireinyectado es la mezcla del aire de recir-culación con el aire exterior que ya ha sidoacondicionado e inyectado al espacio. Elaire inyectado puede ser 100 % aire exte-rior, aunque por ahorro de energía y me-nores costos del equipo de aire acondicio-nado, el aire inyectado es una combina-ción de aire de recirculación con un por-centaje de aire exterior. El sistema de in-yección de aire es una combinación de ven-tilador, conductos de entrada de difusoresy filtros terminales, que inyecta aire al es-pacio. Los difusores son elementos termi-nales del sistema de inyección de aire, quedistribuyen el aire acondicionado dentrodel espacio. En los ambientes ultralimpiostales como las áreas asépticas, son reem-plazados por módulos de filtros HEPA degrado esterilizante (capaces de eliminarmicroorganismos). El aire de extracción esaquel que se extrae del espacio sin serretornado. El sistema de extracción es lacombinación del ventilador de extraccióny del ducto que extrae aire del espacio paraexpulsarlo a la atmósfera. El aire de reno-

vación es aquel aire exterior inyectado pa-ra reemplazar al aire extraído. Infiltración:es el aire que entra al espacio a través deaberturas entre el espacio y el ambienteque lo rodea, cuando el aire inyectado esmenor que el extraído, por lo que se pro-duce presión negativa en el ambiente. Pér-dida: es el aire que sale del espacio inte-rior a través de las aberturas cuando elaire inyectado es mayor que el extraído,produciéndose en consecuencia presiónpositiva.La Figura 1, incluyendo todos los compo-nentes mencionados, muestra las disposi-ciones físicas de los distintos elementos,de los cuales, los más importantes para laprovisión de aire limpio son los filtros.El aire exterior idealmente debería ser con-siderado limpio, sin embargo, indefectible-mente, estará más o menos contaminado,y en consecuencia deberá ser filtrado.El aire de retorno contiene las partículasque fueron generadas dentro del espacio,más las que no fueron eliminadas por losfiltros del sistema de aire acondicionadode inyección. Debe tenerse en cuenta quedentro del espacio interior dos factoresimportantes deben ser considerados: 1) Lacontaminación generada durante los pro-cesos, y 2) la contaminación generada porel personal mismo. El cuerpo humano ensí mismo genera partículas en su tractorespiratorio y por la escamación de su piel,en particular del cuero cabelludo.

FILTROSLos filtros están compuestos por mediosfibrosos o porosos con diferentes configu-raciones. Características importantes deellos son la eficiencia de retención, la caídade presión o diferencia de presión estáticapara un determinado caudal y la capacidadde almacenamiento de polvo, que es la can-

tidad de polvo retenido en peso, cuando sellega al punto de saturación y recambio defiltro. Dejando de lado los filtros de carbónactivado, que son usados para la separa-ción de gases y olores por adsorción, losfiltros pueden dividirse en tres clases: pre-filtros, filtros finos, y filtros HEPA. Esta di-visión se basa en las características de losdiferentes medios filtrantes, el mecanis-mo de adaptación de partículas, su eficien-cia e indirectamente la aplicación del fil-tro. Los filtros electrostáticos respondena una clasificación diferente por su princi-pio constructivo.

RETENCIONDE PARTICULAS

La habilidad del filtro para retener partí-culas se debe, entre otros, a varios fenó-menos físicos, como el efecto tamiz, la in-tercepción directa, la separación por iner-cia y el efecto de difusión Browniana.Existen además efectos de atracción elec-trostática entre las fibras del filtro y laspartículas. Para simplificar conceptos, almostrar a continuación los diferentes me-canismos de la filtración, se supone quelas patículas son esféricas y resultan atraí-das por fuerzas de Van der Waals al tocarlos medios filtrantes, y quedan en conse-cuencia, retenidas por ellos.

EFECTO TAMIZPartículas de tamaños mayores al de la se-paración entre fibras consecutivas no pue-den pasar a través del medio (Figura 2).

EFECTO DEINTERCEPCION DIRECTA

Las pequeñas partículas livianas siguen laslíneas de flujo del aire alrededor de la fi-bra del filtro. Si el centro de la partículasigue un recorrido que se acerca a la su-perficie de la fibra, a una distancia menor

Figura 1: Componentes de un sistema de aire acondicionadoVentiladoralternativo

Ducto deentrada

Difusor

Ventiladorde inyecciónAire exterior

Conduc

tode

retorno

Ventila

dor de

retorn

o

Aireambiente

Equipo de aire acondicionadoVentiladorde extracción

Conduc

to de

extrac

ción de

aire

E S P A C I O

Filtro #

1

Ffiltro

final

Prefiltr

o

Serpen

tina de

calefacc

ión

Serpen

tinade

frío

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que el radio de la partícula r/p, la partícu-la es interceptada y se adhiere a la fibra(Figura 3). El efecto de intercepción es in-dependiente de la velocidad del aire, a me-nos que la variación sea tal que provoqueturbulencias alrededor de la fibra. El efec-to de intercepción aumenta con partículasde mayor tamaño, y con medios de menortamaño de fibra (a igualdad de peso espe-cífico del medio filtrante), que traen comoconsecuencia menores distancias entre lasmismas.Para tener un buen efecto de intercepcióndirecta, un medio filtrante debe contener,por lo tanto, un gran número de fibras fi-nas, usualmente con diámetros del rangode las partículas a filtrar.

EFECTO DE INERCIALas partículas de mayor tamaño están su-jetas a una fuerza de inercia que las des-vía de la línea de flujo cuando se acercan a

la fibra. La partícula continúa en su des-viación impactando sobre la superficie dela fibra, quedando adherida a la misma.Para mantener la partícula adherida a la fi-bra es importante el uso de adhesivos quecubran las superficies de las fibras retenien-do las partículas sobre las mismas. De locontrario la velocidad del aire haría migrarla partícula a través del medio filtrante.La fuerza de inercia aumenta con el tama-ño de la partícula y con la velocidad del ai-re, incrementando por consiguiente la efi-ciencia de retención por este mecanismo(Figura 3)

EFECTO DE DIFUSIONLas partículas inferiores a un micrón nosiguen las líneas de flujo alrededor de lafibra del filtro. Están influenciadas por elmovimiento Browniano, típico de las mo-léculas gaseosas, que junto con otras par-tículas las chocan provocando movimien-tos desordenados que las desvían de sutrayectoria, vibrando de modo tal que enalgún instante entran en contacto con lasuperficie de las fibras, donde quedan re-tenidas por fuerzas de Van de Waals (Fi-gura 3). La mayoría de las partículas, aun-que no tengan carga electrostática, tienenun momento dipolar, es decir, tienen zo-nas con mayor concentración de electro-nes. Cuando las partículas entran en con-

tacto con la fibra tienden a alinear sus car-gas con las cargas de signo opuesto de lasuperficie de la fibra. La probabilidad deque una partícula entre en contacto conotra decrece con la velocidad y con el diá-metro de la partícula.La Tabla 1 ilustra la correlación entre losdiferentes efectos de filtración debidos ala velocidad, tamaño de partícula, diáme-tro de las fibras y densidad del mediofiltrante.Así como la eficiencia total del filtro es lasuma de los diferentes efectos de filtra-ción, es natural suponer que la eficienciade retención tiene un mínimo bajo ciertascondiciones. Tanto el efecto de inerciacomo el de intercepción aumentan con eltamaño de las partículas, mientras que elefecto de difusión decrece. Esto implica-ría, por lo tanto, que hay un tamaño de par-tícula crítico, que es el que corresponde ala más difícil de retener en un filtro.La Figura 4 muestra la eficiencia de reten-ción en función de los diferentes mecanis-mos individuales en un filtro fino, de me-dio filtrante de microfibras de vidrio. Enella se ve que la curva de eficiencia tieneun mínimo para partículas de entre 0,1 y0,3 micrones de diámetro. A una velocidadmenor a través del filtro, la curva se tras-ladaría a la derecha, por ejemplo, y las par-tículas más difíciles de retener serían deun orden de tamaño mayor, mientras quela eficiencia de retención mínima subiría.El último fenómeno es consecuencia de que

el efecto de intercepción es idependientede la velocidad, mientras que el efecto dedifusión aumenta cuando la velocidad dis-minuye. Inversamente, si la velocidad au-menta, el efecto de difusión decrece, y lacurva se trasladará hacia la zona de partí-culas de mayor tamaño.Las partículas de 0,3 micrones son consi-deradas las más difíciles de retener en losfiltros HEPA en condiciones normales deoperación. Esto ha llevado al desarrollo, en-tre otros, del Ensayo DOP (Aerosoles mono-dispersos en tamaño de 0,3 micrones).Una descripción complementaria de losefectos de difusión Browniana, intercep-ción e impacto por inercia, puede apreciar-se en la Figura 5, que representa dichosefectos sobre un filtro HEPA, como losefectos relativos de los diferentes meca-nismos en la retención de partículas.Puede observarse con claridad que la par-tícula más difícil de ser filtrada está en elorden de tamaño de 0,3 micrones. El ejede ordenadas muestra la eficiencia de re-tención en % mientras que el de abscisasmuestra el tamaño de las partículas.El filtro HEPA se define como un filtro conuna eficiencia mínima de 99,97% en partí-culas de 0,3 micrones. ¿Por qué 0,3 mi-crones? porque es el rango de tamaño dela partícula más difícil de filtrar.El efecto de difusión aumenta la eficienciadel filtro HEPA cuando las partículas dis-minuyen de tamaño, en particular debajode 0,5 micrones. Los efectos de intercep-

EFICIENCIA Velocidad Tamaño Diámetro Densidadde partícula de la fibra de medioMecanismo de difusión - - - +Mecanismo de intercepción o + - +Mecanismo de inercia + + - ++ La eficiencia aumenta con la velocidad, tamaño de las partículas, diámetro de la fibra. - La eficiencia disminuye con la velocidad, tamaño de las partículas, diámetro de la fibra, etc.O La eficiencia es independiente de la velocidad.

Tabla 1:

n Retención de partículaspor inercia

n Retención de partículaspor intercepción

n Retención de partículaspor difusiónLas partículas de mayor tamaño se des-

prenden de la vena fluída impactandosobre la superficie de la fibra.Las partículas menores siguen en la ve-na fluída y tocan la superficie de la fibra.

Las partículas submicrónicas en movi-miento desordenado por impacto deotras partículas.

partícula vena fluída fibra

n Sedimentación n Efectos electrostáticos

Figura Nº3: Teoría de Filtración de aire

Figura 2: Efecto tamiz

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ción directa y el de inercia aumentan conel tamaño de la partícula. Entonces laseficiencias de los filtros finos aumentan amedida que las partículas se alejan en ta-maño, ya sea en más o en menos del ran-go de 0,3 micrones. El ejemplo más clarolo da el hecho de que con virus de alrede-dor de una centésima de micrón el filtroHEPA es prácticamente absoluto. Lo mis-mo se da con partículas superiores al mi-crón: la eficiencia es 100 %.

METODO DE ENSAYOPARA DEFINIRLA EFICIENCIA

Eficiencia filtranteBasándose en que las concentraciones departículas pueden medirse en función delrecuento de las mismas, de su peso o delefecto de mancha que producen, se hangenerado normas para la determinaciónde la eficiencia de los filtros.Como introducción a dichos métodos deevaluación, este ejemplo simple ayudaráa entenderlos: Supongamos tener unamezcla de 101 partículas de las cuales 100son de 2 micrones de diámetro y 1 de 20mi-crones, y supongamos tener un filtroque retiene la partícula de 20 micrones y

deja pasar las de 2 micrones. Si midiéra-mos la eficiencia en peso tendríamos:

De acuerdo a lo anterior, el filtro que, eva-luado según su retención en peso, nos da-ría 91% de eficiencia, evitaría un 50% delefecto de mancha, reteniendo solamenteun 0,99 % del total de las partículas con-tenidas en el aire ensayado. Los ensayospor peso y por efecto de mancha se en-cuentran normalizados según el ASHRAEStd. 52.1.1992, y el de recuento de partí-culas por aerosoles de D.O.P. según elMilitary Std. 282 de USA.Los filtros HEPA (High Efficiency ParticulateAir), comúnmente llamados absolutos, seusan para condiciones ambientales críti-cas, donde la obtención de aire ultra lim-pio es de máxima importancia. En EstadosUnidos, el ensayo DOP fue desarrolladodurante la segunda guerra mundial, basa-do en trabajos de Langmuir, quien predijoque la partícula de penetración máximatendría un tamaño de 0,3 micrones.El método de ensayo D.O.P. con partículashomogeneas de 0,3 micrones, es el másreconocido mundialmente como el méto-do por excelencia para definir la eficienciade los filtros H.E.P.A.Más de un centenar de túneles de ensayode aerosoles D.O.P. monodispersos, de 0,3micrones, están en operación, cumplien-

do con las normas militares norteameri-canas MIL 282, con equipos Q 107.Partículas polidispersas de D.O.P. genera-das por aire comprimido, se utilizan en losensayos in situ para determinar fugas ysellar pérdidas en filtros H.E.P.A., previa-mente certificados por D.O.P. monodis-perso.En Alemania la Norma DIN 2418 es la quese usa para chequear la eficiencia de losfiltros finos y ultrafinos. Clasifica los filtrosmediante ensayos, con tres tipos diferen-tes de aerosoles con distinta distribuciónde partículas por tamaño, dentro de losmás importantes rangos de diámetros deaerosoles:n 1) niebla de aceite, entre 0,3 y 0,5 mi-

crones.n 2) aerosoles atmosféricos radioactivos,con la mayoría de las partículas entre0,05 y 0,08 micrones.n 3) polvo de cuarzo, con la mayoría delas partículas entre 1 y 2 micrones.

En Gran Bretaña, se usa la norma B.S.3928, para la clasificación y el ensayo defiltros. Los filtros H.E.P.A. se ensayan conel método de la llama de sodio, con aero-soles de cloruro de sodio (Na Cl) de entre0,45 y 0,65 micrones. Tienen además equi-pamientos pequeños para ensayos de in-tegridad in situ para la detección de pér-didas.En Francia, se utiliza el método de la ura-nina (AFNOR X 44-011), para determinarla eficiencia de los filtros HEPA tamañopromedio de 0,17 micrones. Es un tipo deensayo dificultoso por el tiempo requeridopara el análisis de los resultados

Figura 4: Figura 5: Efectos relativos de los diferentes mecanismos de retención de partículas

Eficien

cia de

captac

ión

100-

80-

60-

40-

20-

0- 0,01Captación debida a fuerzasde inercia y efecto tamizDiámetro de la partícula (µ)

0,02 0,04 0,080,06 0,1 0,2 0,4 0,80,6 1 2 4 86

Eficiencia total de captación Intercepción DifusiónEficiencia total

Inercia

Intercepción

Difusión

99.97

Diámetro dela partícula (µ)0,01 0,1 1,0 10,0

Filtro TeóricoEficiencia vs.Tamaño de partícula

Peso de la partícula de 20 micrones,suponiendo su peso específico unitario:

π r3 3.14 x 1000 ≅ 4000Peso de 100 partículas de 1 micrón

100 π r3 100 x 3.14 x 1 ≅ 400Peso total= 4.400Eficiencia en peso= peso partículas retenidas x 100

Consideramos ahora el efecto de manchao de superficie:Area de partícula de 20 micrones:π r2 = 3.14 x 100 = 314Area de 100 partículas de 2 micrones:100 π r2 = 100 x 3.14 x 1= 314Area total= 628Eficiencia por mancha =

Efecto de mancha retenida x 100Efecto de mancha totalx 100 = 50 %

Eficiencia por recuento =Cantidad de part. retenidas x 100Cantidad de part. total

x 100 = 0.99 %

=34

34

= 44004000=peso total =x 100 91%

=34

34

= =

= =

628314=

1011=

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Filtros para eliminarcontaminantes en los lugaresdonde éstos se originanSe utilizan en lugares donde la cantidadde polvo por unidad de volumen de aire esmuy alta. En este grupo entran los sepa-radores inerciales y centrífugos (tipo ci-clón), las cortinas de agua, las cámarasdecantadoras, los separadores de bolsaso mangas vibratorias, los filtros electros-táticos y los filtros de cartuchos con limpie-za a contracorriente.Son los utilizados en los casos de concen-traciones altas de polvos (superiores a los

20 mg/m3) donde los filtros fibrosos sesaturan rápidamente. Casos típicos de apli-cación son las industrias siderúrgicas, fun-diciones, industrias del cemento, etc.Filtros para proveer aire con undeterminado grado de limpiezaSon los filtros de medios porosos o fibro-sos, normalmente utilizados en ventilacióny aire acondicionado, para cumplir con re-querimientos especiales o normas espe-cíficas de calidad de ambientes.Diferentes campos de aplicación requie-ren diferentes grados de eficiencia. En ven-tilación industrial común podría ser el re-querimiento de eliminar solamente las par-tículas groseras que pueden dañar ele-mentos mecánicos.En aire acondicionado de confort intere-sará evitar el efecto de mancha producidopor las partículas de aire atmosférico so-bre las superficies (partículas muy finas).En aplicaciones como preparación de pro-ductos farmacéuticos, ventilación de hos-pitales, en industrias de la alimentación yen microelectrónica, interesará eliminar

partículas finísimas (portadoras de micro-organismos en muchos casos) donde nointeresa su masa sino el efecto que produ-cen sobre el producto.En el caso de seguridad (trabajos con vi-rus, partículas radioactivas y partículas demateriales tóxicos peligrosos) se deberádisponer de ultrafiltros para la eliminacióntotal de las partículas producidas en unproceso. Veremos entonces una clasifica-ción especial de filtros y sus campos deaplicación específicos:

CLASIFICACIONDE FILTROS

n Separadores inerciales.n Filtros con medio filtrante fijo, viscoso.n Filtros de medio filtrante secoy extendido.n Filtros con renovación automáticade medio filtrante.n Filtros electroestáticos.

Separadores inercialesSon elementos atípicos dentro de la clasi-ficación de los filtros de aire, por no tener

un medio filtrante que se satura, sino porseparar mecánicamente las partículas delmismo modo que trabajan los separadoresciclónicos en aire comprimido, o los centrí-fugos para separar partículas de los fluí-dos.Su área de aplicación fundamental está enlos ambientes donde las concentracionesde polvo son tan altas que los filtros demedios fibrosos se saturarían velozmen-te. Su caída de presión es alta y tambiénlo es su costo de instalación, pero no ne-cesitan mantenimiento.Son elementos mecánicos constituidos porceldas metálicas donde la separación delas partículas se debe a su inercia. Su efec-tividad aumenta con la velocidad y la masade las partículas. Su conformación permi-te una remoción continua de las partículas,que son expulsadas por medio de un venti-lador de purga. Su representación esque-mática puede verse en las Figuras 1 y 2.Siendo estos separadores estáticos el úni-co elemento en movimiento es el ventila-dor de la purga, no necesitan de mayormantenimiento y su funcionamiento es in-

Los filtros de aire de aplicaciónen los sistemas de ventilaciónse dividen según su función endos grandes grupos: Filtros paraeliminar contaminantes en loslugares donde éstos se originany Filtros para proveer aire conun determinado grado de lim-pieza.

LOS FILTROS DE AIREY SUS APLICACIONES

3

VENTILACION Y AIRE ACONDICIONADO

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dependiente de la concentración de polvo.Su principal ventaja es que, por ser auto-limpiantes, no requieren mayores cuida-dos. Son utilizados también en ventilación(aplicaciones industriales), como prefiltrosde filtros fibrosos. Pueden ser aplicadosen módulos que se agrupan conectados aun ventilador de purga con colector cen-tral. Su funcionamiento es mejor con par-tículas secas. Su rango de eficiencia es altoen partículas de 10 micrones y mayores.Su mayor desventaja estriba en su caídade presión, debida a la alta velocidad dedesplazamiento del aire. Si bien la caídade presión se mantiene constante, es dealrededor de 40 mm de columna de agua,lo que implica un consumo de energía ma-yor que en otros filtros. Por otro lado, de-berán colocarse filtros de mayor eficien-cia aguas abajo de los mismos, si se re-quiere eliminar partículas inferiores a los10 micrones.Filtros de paneles planosy medio viscosoLos filtros planos que llamamos prefiltrospor su baja eficiencia, son clasificados se-

gún ASHRAE por Retención, ya que son deeficiencia inferior al 20%.Como filtros cuyo mecanismo principal esla separación inercial, la retención es ma-yor con el aumento de velocidad y con eltamaño de partículas.En el caso de los filtros metálicos y de la-na de vidrio grosera la retención es efec-tiva por el recubrimiento con adhesivo delas mallas metálicas y de las fibras de vi-drio.

MATERIALESDE CONSTRUCCION

Filtros metálicosLas mallas de alambre, metales desplega-dos y chapas alabeadas en general sonusadas cuando las cargas de polvo son departículas groseras y cuando el filtro serecupera por lavado y posterior impreg-nación.Inicialmente se usaban el acero, pero tam-bién se usan otros materiales, cuando hayproblemas de corrosión. Los filtros de alu-minio se usan en muchas aplicaciones.Los filtros metálicos se diseñan de modotal que, por las desviaciones sucesivas de

la trayectoria, las partículas impacten porinercia sobre las superficies impregna-das.Debe destacarse que el adhesivo es demáxima importancia, pues de no ser apli-cado o en caso de secarse, las partículasmigrarían a través del medio.Hay filtros de alambre de acero galvani-zado con mallas onduladas tal como semuestra en la Figura 3. Comúnmente seusan tambén mallas superpuestas de alu-minio desplegado donde se aprovechan lascaracterísticas de las superficies alabea-das del desplegado.Otro tipo de filtro metálico comúnmenteusado está construído con mallas super-puestas de densidad progresiva, donde lasmallas van de mayor abertura en la entra-da hacia, gradualmente, menores abertu-ras en la salida del aire. De esta manera,fibras y contaminantes más groseros que-dan retenidos en la entrada, reteniéndosegradualmente los de menor tamaño haciala salida (Figura 3).La velocidad de pasaje de aire a través delmedio es de 80 a 200 m/minuto, con unacaída de presión de filtro limpio de 7 a 10

mm de columna de agua. Su eficiencia esbaja con aire atmosférico (ASHRAE 8-12%). Retienen partículas mayores de 10micrones, y fundamentalmente fibras.Filtros planos de fibra de vidrioEstos filtros se usan ampliamente. Sus fi-bras son de 30 a 40 micrones de diámetroy se recubren normalmente con tricresil-fosfato como adhesivo. Las fibras son on-duladas y pueden ser de densidad progre-siva.Son provistos normalmente en espesoresde 1” (25 mm) y 2” (50 mm), dentro demarcos de cartón con chapa galvanizadaperforada en ambas caras.Son filtros descartables una vez saturados.Su aplicación ha disminuido notablemen-te en los últimos años por existir temo-res sobre potenciales peligros para la sa-lud de los que usan este material (Figu-ras 4 y 5).Filtros de medio filtranteseco y extendidoPara obtener eficiencias de retención ma-yores en partículas de menor tamaño de-

Figura 1 y 2: Separador inercial (celda simple)

2

3

1

2321

2 1 Entrada de aire - 2 Salida de aire limpio - 3 Aire de purgaFigura 3: Filtro de alambre galvanizado

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MINO COVO

Eficiencia color Tamaño mediode la fibra

50 - 55 % amarillo marrón 4 µ55 - 65 % naranja 2.6 µ80 - 85 % rosa 1.25 µ90 - 95 % amarillo claro 1µ

berán usarse medios filtrantes más finos.Estos medios aumentarán su eficienciacuanto más finas sean las fibras que loscomponen, teniendo en consecuencia dis-tancias menores entre sí.El aumento en la eficiencia trae aparejadoun aumento en la resistencia al paso deaire, que es función de la velocidad a tra-vés del medio.En la mayoría de los casos esta resisten-cia se expresa como ∆p o caída de pre-sión, función de la velocidad en una ecua-ción de segundo grado:

∆p = A x V + B x V2

(donde A y B son constantes y V es la velo-cidad a través del medio), cuando el régi-men de circulación de aire es turbulento.Sólo en caso de que el flujo de aire sea la-minar, como en los filtros HEPA, la caída depresión en el filtro es una función lineal dela velocidad reduciéndose la expresión a:

∆p = A x VComo primer ejemplo de este tipo de filtrocitaremos al filtro corrugado de 2” y 4”(50 y 100 mm respectivamente). (Figura

6). Este filtro es muy usado como prefiltroo como filtro de eficiencia baja (30%ASHRAE), pero es muy superior a los pane-les de medio viscoso.La superficie del medio corrugado es deunas 4 a 6 veces la sección de entrada.Filtros de medio extendidotipo bolsaLos medios filtrantes más comunes son losde microfibras de vidrio cuyos fabricantesfueron Owens Corning y Johns Mansvilleen EEUU.Las microfibras se fabrican haciéndosepasar fibras primarias por las llamas deun quemador que las funde y sopla con unaglomerante de color identificando el ma-terial por su eficiencia. Por su textura es-tas microfibras precisan ser soportadaspor mallas de tejido sintéticas y no tejidode poliester o nylon, o por un entretejidode vidrio.En la Tabla siguiente vemos las eficienciasASHRAE de diferentes medios de fibra devidrio, sus colores característicos y los ta-maños promedios de las fibras que lo com-ponen.Los medios filtrantes en bolsas no sopor-

tadas rígidamente constituyen los elemen-tos más comúnmente usados cuando sehabla de eficiencias ASHRAE entre 55% a95% (Figura 7).En la literatura técnica se ve que el filtromás comúnmente usado es el de 24” x 24”(610 x 610 mm) de área facial, aumentán-dose la superficie del medio desde 5 a 8veces en 55% de Eficiencia y 20 a 25 ve-ces en Filtros de Eficiencia 90-95%.La profundidad de la bolsa llega hasta 30”(750 mm) aunque la medida más comúnde profundidad es de 22” a 24” (550 a 610mm respectivamente).Se les llama filtros autosoportados porcuanto que las bolsas se mantienen expan-didas haciendo que todo el medio que loscompone esté expuesto a la corriente deaire (Figura 8).Utilizan normalmente como espaciadoreshilos cosidos que mantienen la separacióndel medio y controlan la abertura de lasbolsas.

Hoy en día varias firmas han desarrolladomedios filtrantes sintéticos comparablesen eficiencia con los de microfibra de vi-drio. La aplicación de bolsas de fibras dematerial sintético ha aumentado sustan-cialmente debido al mejoramiento de sucalidad y a la creciente preocupación depotenciales problemas a la salud que la fi-bra de vidrio podría provocar. Esto parti-cularmente se ha dado en Industrias Far-macéuticas y Alimenticias.Una firma pionera con este tipo de filtroha sido Freudenberg, que desarrolló el fil-tro de fibras sintéticas, conocido comoViledon.Filtros de estructura rígidaLa mayoría de los papeles utilizados en losfiltros de aire se construyen con una pul-pa de agua, fibras y adhesivo. Las fibraspueden ser sintéticas, celulósicas y de vi-drio, y aglomeradas de manera tal quepermitan la fabricación de papeles aptospara su eficiencia y permeabilidad. Estapulpa se trata sobre mallas metálicas dedonde el agua se drena, produciéndosepapeles que varían su eficiencia entre 65%y 98%. Con el mismo método se producen

Figura 4 y 5: Filtro plano de fibra de vidrio

Figura 7:

Figura 6: Filtro de medio corrugado Figura 8:

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los papeles de HEPA y ULPA de hasta99,999% de eficiencia DOP.Algunos fabricantes usan espaciadores dealuminio para mantener los pliegues delpapel separados, mientras otros usan hi-los o sellantes rígidos (Figura 9).Los filtros HEPA que veremos en los si-guientes capítulos se fabrican con micro-fibras de vidrio en un 95% y resinas quelas mantienen aglomeradas como un pa-pel en un 5%.En este caso el desprendimiento de fibrases imposible, por lo que es uno de los po-cos filtros que siendo de fibra de vidrio notiene oposición alguna.Filtros automáticosde medio filtrante renovableEs una variante de los filtros de fibra devidrio gruesa así como de filtros de fibrasintética Retención 74%, Eficiencia 8 -12%.Constan de rollos de fibra de vidrio o po-liester de unos 20 m de longitud por an-chos que varían entre 1,20 a 1,80 m, quese desenrollan automáticamente a medi-da que el medio filtrante se ensucia. Sonfiltros de viejo diseño para trabajar en ins-talaciones con grandes caudales de aire,

donde no es importante la limpieza del mis-mo. Se usan en industrias metalúrgicas ode procesos generales, o como prefiltros.(Figura 10).El material filtrante se desenrolla de labobina superior a medida que la caída depresión llega a un límite, con lo que el me-dio filtrante saturado es reemplazado porun medio filtrante nuevo.Todo esto se realiza automáticamente pormedio de un presóstato diferencial queacciona un switch que hace que se desen-rolle una porción del medio filtrante ba-jando la caída de presión.También puede accionarse por medio deun temporizador renovándose periódica-mente el medio filtrante.Requieren mantenimiento y es muy comúnque tengan pérdidas durante su operaciónentre el borde del manto y los paneles la-terales, dejando pasar aire sucio por loscostados

Figura 9:

Figura 10: Filtro rotativo típico

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n el caso de los filtros de aire, lascondiciones de ensayo en labora-torio debe reproducir las condicio-nes que se dan en la realidad. Por

eso el ensayo de mancha o decoloraciónllamado DustSpot, inicialmente utilizadopor NBS (National Bureau of Standards) yluego las sucesivas normas ASHRAE (Ame-rican Society of Heating Air Conditioningand Refrigerating Engineers), consiste enverificar el ensuciamiento de papeles defiltro de muestra con el polvo suspendidoen el aire atmosférico.Lo que se busca determinar en este ensa-yo son varios datos sobre el comporta-miento del filtro como ser:n La eficiencia en la retención del polvo

ambiental.n La carga de polvo que puede llegar aalmacenar el filtro cuando llega a su sa-turación.n La caída de presión a filtro limpio.n La caída de presión a filtro saturado.

Se debe tener en cuenta que el consumode energía en un sistema de ventilaciónes proporcional al caudal y a la caída de

presión a través del mismo. Por lo tanto,el ensayo del filtro nos deberá dar la dife-rencia de presión inicial, la caída de pre-sión intermedia y final, la carga de polvoal punto de saturación y otro indicador lla-mado Arrestance en la norma ASHRAE y quetraduciremos como Retención (que es elporcentaje de polvo sintético en peso rete-nido por el filtro sobre el peso de un polvode ensayo enviado). Este término Arrestan-te o Retención es una determinación hechacon un polvo sintético de tamaño mucho ma-yor que el polvo que se encuentra suspen-dido en el aire ambiente, por lo que no de-bemos confundirlo con el término Eficien-cia, que se definió como la habilidad parafiltrar aerosoles ambientales medido por elefecto de mancha.

ENSAYO N.B.S.DUST SPOT

También llamado de Decoloración, estemétodo fue el antecesor inmediato al en-sayo ASHRAE 52.68 y su principio es muysemejante; comparable también al AFIDust Spot que fue el primero en usar aire

atmosférico como contaminante a ensayar.Se toman por medio de bombas de vacíovolúmenes de aire de un ducto que tieneal filtro a ensayar en su interior. Dichasmuestras son de aire sin filtrar antes delfiltro y filtrado a continuación del mismo.Los volúmenes de aire se hacen pasar a

través de papeles de filtro que se encuen-tran dispuestos de manera tal que recibenluz de fuentes luminosas de equivalente in-tensidad.La luz pasa a través de los papeles inci-diendo en 2 celdas fotoeléctricas coloca-dos en oposición, de manera de generar

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ENSAYOS DE FILTROS DE AIRE

NORMA ASHRAE

Figura 1: Esquema del ensayo N.B.S.

Fuente luminosa

Q1 Q2

Conducto de ensayo Filtro de ensayo

Válvulade regulaciónSalidade aire

Batería

Contador

Papel de filtro

Célula fotoeléctricaGalvanómetro

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corrientes eléctricas de signo opuesto. Ungalvanómetro muy sensible está conecta-do entre ambas celdas.A iguales caudales se ensuciará menos elpapel que toma muestras de aire filtradopasando más luz a la celda fotoeléctrica yel galvanómetro marcará un paso de co-rriente (Figura 1).Regulando las válvulas de pasaje de aire alos papeles, se puede conseguir que elgalvanómetro marque cero. Esto se obtie-ne ensuciando los papeles de manera idén-tica. Se logra haciendo pasar más volúmende aire filtrado Q2 que sin filtrar Q1 hacialos respectivos papeles de filtro.La eficiencia se mide por:

Por ejemplo, si Q2 es igual a Q1, no hay fil-tro, o en otras palabras, no filtra nada, alser los caudales para ensuciar los pape-les iguales.En consecuencia:

Si el volumen de aire filtrado Q2 que se in-yecta al papel de filtro es el doble que eldel aire sin filtrar, la eficiencia sería del50%. Si en cambio el volumen de aire fil-trado inyectado fuera 10 veces mayor queel del aire sin filtrar, la eficiencia del filtrosería del 90%.Este método da en la realidad la medidaexacta de la habilidad de un filtro para evi-tar el ensuciamiento de superficies por elaerosol ambiental.

NORMA ASHRAE52.1-1992

Este ensayo es el continuador de las ver-siones originales ASHRAE 52-68 y 52-76que se basaron en el ensayo de decolora-ción NBS, visto anteriormente.1) Requiere ensayo de retención por pesocon polvo sintético y con ensayo de man-cha con polvo atmosférico. Sin embargo,no requiere este último ensayo en filtroscon eficiencias menores al 20 %.2) Define el ensayo de mancha o decolo-ración como “Eficiencia” y el de polvo sin-tético como “Retención” .El túnel a usar es el mismo para la Eficien-cia y para la Retención.Las Figuras 2 y 3 muestran una fotografíay la representación esquemática de unaparato ASHRAE de ensayo de filtros.Así como los filtros con eficiencia promediomenores al 20 % no se certifican con estemétodo y quedan como no aptos (certifi-cándose con ensayo gravimétrico por “Re-tención” o Arrestance), los filtros con efi-ciencia ASHRAE superiores al 98% se en-sayan con el procedimiento DOP en calien-te. Este último lo veremos más adelantecuando tratemos los filtros HEPA (99,97 %eficiencia mínima en 0,3 µ).Ensayo ASHRAEmétodo caudal intermitenteEn el método con caudal intermitente eltomamuestras aguas abajo del filtro tra-baja en forma continua. Un tiempo de tomade muestras se selecciona para el toma-muestras antes del filtro, de manera talque el ensuciamiento de ambos papelessea parejo, usándose caudales idénticospero menor tiempo cuando se usa el airesin tratar.Por ejemplo, en un filtro que se estima dealrededor del 90 % el tomamuestras aguas

arriba deberá usarse 6 segundos por mi-nuto; es decir el 10 % del tiempo. La tobe-ra aguas abajo del filtro que toma aire lim-pio opera en forma continua durante elensayo; mientras que la tobera aguas arri-ba es controlada por un timer conectado auna válvula solenoide. En nuestro ejemplo,el temporizador, al abrir la válvula por 6segundos cada minuto, envía al papel demuestra un volumen de aire mucho menor(10 % del que se envía por la válvula aguasabajo, pero ensuciándose los papeles enforma semejante).Como es improbable que los dos papelestomamuestras se oscurezcan idéntica-mente, se mide la opacidad o reducción enla transmisión de luz a través de los mis-mos y ésta se aplica en la siguiente ecua-ción:

Por ejemplo, si el filtro fuera exactamente90 % eficiente y el toma muestras antesdel filtro operara 6 segundos cada minu-to, los papeles se ensuciarían en formaidéntica, e idéntico sería su índice de opa-cidad, que supondremos de un 40 %.Entonces, la eficiencia sería:

Si en cambio el papel aguas abajo se en-suciara menos, por ejemplo opacidad del20%, tendríamos:

Un filtro menos eficiente que el supuestoproduciría un ensuciamiento mayor del

Figuras 2 y 3: Tunel de ASHRAE para la determinación de eficiencias

Ef (%) = ( ) x 100Q1Q21 -

Ef = ( 1 - 1 ) x 100 = 0

E: Eficiencia de mancha.Tu: Tiempo total toma muestras aire sin filtrar.Td: Tiempo total toma muestras aire filtrado.Ou: Opacidad del papel toma muestras aire sin filtrar.Od: Opacidad del papel toma muestras aire filtrado.

donde:E = 1 - x 100Tu OdTd Oux

E =1-( )x 100 = (1-0,1) x 100 = 90%6 seg x 40%60 seg x 40%

E =1-( )x 100 = (1-0,05) x 100 = 95% 6 20%60 40%x

( )

caudalímetro V1extracciónintermitente

cámara de airede inyección

aire exterior

muestreador

filtro de ensayo

temporizadorregistrador de tiempode operación

caudalímetro V2bomba de vacío

extracción contínua

tobera de medición∆P por flujo de aire∆P en filtro

PAGINA 19

MINO COVO

papel aguas abajo (supongamos una opa-cidad del 80%), luego tendríamos:

La norma requiere que este ensayo searepetido muchas veces, obteniéndose lue-go los promedios de los resultados. Tam-bién se definen las eficiencias iniciales yfinales por cuanto que a medida que el fil-

tro se carga de polvo, su eficiencia por logeneral aumenta. Esto se da particular-mente en los filtros finos de medio seco yextendido.El opacímetro se representa esquemática-mente en la Figura 4.Método de caudales idénticosEn este método ambos tomadores demuestras trabajan en forma continua. Semiden las opacidades y en consecuencia

tendremos una ecuación simplificada parala eficiencia:

Por ejemplo, una opacidad en el papel en-suciado por aire filtrado 10 veces menorque el ensuciado por aire sin filtrar, ten-dremos:

Retención (Arrestance)El polvo de ensayo ASHRAE es normaliza-do constituido por 72% AC Fine Dust (co-munmente llamado polvo de Arizona), con-formado mayormente por Sílice con un diá-metro promedio de 7,7 µ.En la Figura 5 se representa el ensayo deRetención en el mismo túnel, sin opacíme-tros pero con un inyector de polvo ilustra-do en la Figura 6.La distribución del polvo de ensayo es lasiguiente:

Tamaño de partículas Porcentaje0 - 5 28 %5 - 10 13 %10 - 20 11.5 %20 - 40 13 %40 - 80 6,5 %Polvo de carbón 23 %Fibras de lint de algodón 5%

Lo que retiene el filtro de ensayo lo da ladiferencia entre el Peso total (PT) del pol-vo inyectado menos el peso retenido (PR)por un filtro absoluto final.La retención (arrestance) se mide por el% en peso retenido como:

R: Retención en porcentaje.PR: Peso retenido por el filtro absoluto fi-nal. (Penetración en peso).PT: Peso total inyectado.Procedimiento a seguirdurante el ensayo ASHRAE1) Medir caídas de presión a filtro limpioal 50, 75, 100 y 125 % del caudal de dise-ño.2) Hacer ensayo de Eficiencia sobre el fil-tro limpio.3) Hacer ensayo de Retención con 25 %del polvo a utilizar.4) Repetir ensayo de Eficiencia.5) Inyectar otro 25 % de polvo repitiendoel paso 3.6) Repetir los pasos 4 y 5 Eficiencia y Re-tención agregando más polvo sintético,hasta alcanzar uno de los siguientes pa-sos:a) Se llega a la caída de presión final dediseño a filtro saturado.b) Dos ensayos de Retención consecutivossean menores que el 85 % de la máximaRetención alcanzada.Al final del ensayo se calcula:n Eficiencia promedion Retención promedion Capacidad de Sustentación de Polvo afiltro saturado.

Figuras 4: Opacímetro

Figuras 5: Ensayo de Retención Figura 6: Contador Lasair PMS

E =1-( )x 100 = (1-0,2) x 100 = 80%6 seg x 80%60 seg x 40%

Ef = ( ) x 100 = 0.9 x 100 = 90%1 - 880

Ef = ( ) x 1001 - OdOu

R = ( ) x 1001 - PRPT

espejo

papel graduado

abertura ajustablefuente de iluminaciónfotocélula de referencia

potenciómetro

inyector de polvo

filtro de ensayo filtro final

∆P caudal aire

PAGINA 20

MINO COVO

Clasificación Euroventpara filtros ASHRAEEU1 Retención menor del 65%

EU2 Retención mayor del 65%y menor del 80%

EU3 Retención 80% y menor del 90%

EU4 Retención 90% y mayorEU5 Eficiencia mayor del 40%

y menor del 60%

EU6 Eficiencia mayor del 60%y menor del 80%

EU7 Eficiencia 80%y mayor menor del 90%

EU8 Eficiencia 90%y mayor menor del 95%

EU9 Eficiencia del 95% y mayoresComo puede apreciarse de la tabla de cla-sificación Eurovent está directamente re-lacionada con la norma ASHRAE.Resistencia al fuegoPara la protección de los edificios y suscontenidos contra incendios se originó unaorganización específica para este proble-ma denominada Underwriters Laborato-ries.Para los filtros de aire que se encuentran

bajo la denominación de filtros de aireacondicionado se definió una norma llama-da UL900 que clasifica a los filtros en doscategorías:n Filtros clase 1: Son los que, cuando lim-pios, no contribuyen elementos combusti-bles si fueran atacados por llamas y queemitirían sólo cantidades mínimas dehumo.n Filtros clase 2: Son los que, cuando lim-pios, queman moderadamente si fueranatacados por llamas que emitirían canti-dades moderadas de humo.

ENSAYO DE FILTROSPOR TAMAÑODE PARTICULAS

El uso de Contadores de Partículas de rayoLáser permite contar la cantidad de partí-culas por tamaño y por unidad de volumende aire.Disponiendo de contadores, antes y des-pués del filtro, podrá determinarse el por-centaje de retención y de ahí la eficienciapor tamaño de partículas.El contador Lasair P.M.S. (Figura 6) cons-ta de 8 canales de tamaño de 0.1µ, 0.2µ,0.3µ, 0.5µ, 1µ, 2µ, 3µ y 5µ .Los contadores utilizados para certificaráreas limpias tienen canales que miden

Figura 7: Eficiencia en función del tamaño de partícula100908070605040302010

0

eficien

cia

tamaño de partícula (micrones).2 .3 .4 .5 .6 .8 .1 2 3 4 5 6 8 10 20 30 40 50 60 80 100

HI-FLO 95

AEROPAC 95

HI-FLO 85

AEROPAC 85

HI-FLO 65

AEROPLE

AT

AEROPAC 65

MEDIO D

E ROTAT

IVO

HI-CA

P

aerosoles desde 0,3µ hasta 10µ.La Figura 7 ilustra la eficiencia de una ga-ma de filtros que varían del 25% hasta un95% ASHRAE mostrando su eficiencia paradiferentes tamaños de partículas.Es interesante ver que un multibolsa de95% ASHRAE elimina todas las partículasde 2µ y mayores

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MINO COVO

a definición de la eficiencia segúnel tamaño de las partículas es degran importancia cuando se trata deeliminar contaminantes específicos.

Es claro que para la eliminación de hon-gos en aire es suficiente un filtro de efi-ciencia en 3 a 10 µ, mientras que si sedesea eliminar polen alcanza un filtro de

10 µ, pero para niebla marina en aerosolserá necesario el filtro de 0,3 µ.De ahí que para poder determinar eficien-cias en función del tamaño de las partícu-las, el Comité de Normas de ASHRAE con-trató en mayo de 1991 al Research TriangleInstitute para desarrollar una norma com-plementaria de la 52.1 que se llamó 52.2 P(provisoria) y que definía la eficienciafraccional.En febrero de 1992 el Research TriangleInstitute presentó a ASHRAE el antepro-yecto de norma 52.2 P.En este trabajo se recomendaba el uso deaerosoles entre 0,3 y 10 µ, descartándo-se el aire ambiente como aire de ensayopor tener muy pocos aerosoles mayoresde 2 µ.

Datos del ensayo. Filtro limpio. Filtro usado.Nº Tamaño Número de Promedio Promedio Eficienciapromedio muestras Recuentos Recuentos calculada %partícula µ antes del filtro después del filtro1 0.352 0.473 0.624 0.845 1.146 1.447 1.888 2.579 3.4610 4.6911 6.2012 8.37

Se recomendaba el uso como aerosol deensayo al ClK en fase sólida, por obtenersefácilmente nebulizando una solución de di-cha sal en agua destilada.Los aerosoles de la niebla generada sesecan velozmente formándose una disper-sión de cristales de cloruro de potasio entamaños entre 0,3 a 10µ.

VENTAJASLas ventajas de utilizar este método sonvarias: 1) Permite mantener una constan-cia en la generación de aerosoles, con loque ensayos hechos en distintos labora-torios son comparables e independientesdel contaminante ambiental. 2) El uso deaerosoles de un solo tipo tendrán índicesde dispersión de luz iguales, con lo que se-

rá más preciso el recuento con fotómetros.3) El aerosol de ClK no es contaminante yes barato.La norma tentativa 52.2 P fue la base parala norma actualmente en vigencia 52.2 -1999, que define caídas de presión en fun-ción del caudal y eficiencia por tamaño departículas en lo que hace al recuento.Los tamaños son los relacionados con lasesferas de látex que se usan para calibrarlos contadores de partículas.El túnel de ensayo consta de un ducto, unventilador centrífugo y dos bancos de fil-tros HEPA, de entrada y salida respectiva-mente. El generador de aerosoles inyectael aerosol que se mezcla con aire limpiofiltrado por HEPA y los tomamuestras en-

Tabla 1: Tamaño de partícula. Eficiencia.

ENSAYO DE FILTROS DE AIREDETERMINACION DE LA EFICIENCIAPOR TAMAÑO DE PARTICULAS

La norma ASHRAE 52.1 (Ame-rican Society of Heating Refri-gerating and Air ConditioningEngineers) define a los términos�arrestance� o retención comola habilidad de un filtro para re-tener un polvo sintético norma-lizado y a la eficiencia como lahabilidad de un filtro para evitarel efecto de mancha que produ-ce el polvo atmosférico sobreuna superficie. Por otro lado, elensayo MIL Std 282 o ensayoDOP define la habilidad de un fil-tro para eliminar aerosoles de0,3 µ, que se supone es el tama-ño del aerosol más difícil de fil-trar. Pero, ninguno de los ensa-yos normalizados definía la efi-ciencia en función del tamaño departículas o eficiencia fraccio-nal, Norma 52.2

Inyecciónalternativa

de aerosoles

Bancode filtros

HEPA

Controlde tem-peratura

y humedad

Válvulacontrolcaudal

Inyecciónde aerosoles Inyecciónde polvos Filtro enensayo

Banco de filtros HEPA Bafle de mezcla

OPC

Figura 1: Norma propuesta 52.2P

OPC: �Optical Particle counter�

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MINO COVO

vían secuencialmente caudales de aire alcontador.En las Figuras 1 y 2 pueden verse los es-quemas de los ensayos 52.2 P y 52.2 res-pectivamente. Se definen doce tamaños departículas que se agrupan de a cuatro entres grupos entre 0,35 µ hasta 8,37 µ (Ta-blas 1 y 2).La norma define tres índices de tamañosde partícula E1, E2 y E3 como se ve en laTabla 2, que son las eficiencias fracciona-les promedio de los tres grupos de partí-culas. Los contadores de partículas OPCcuentan con los mismos, antes y después

del filtro en ensayo.La única semejanza con la norma 52.1 esque se usa el mismo túnel de ensayos yque se utiliza el mismo polvo sintético paracargar a los filtros, aumentando su cargahasta la saturación.No se mide la mancha producida ni la re-tención gravimétrica.La gran ventaja de usar un aerosol gene-rado por nebulizadores, como el ClK, es quepuede mantenerse la constancia de su con-centración y que la dispersión por tamañode los aerosoles se mantiene constante.

PROCEDIMIENTODEL ENSAYO

a) Determinar la caída de presión del fil-tro en ensayo al 50%, 75%, 100% y 125%del caudal del ensayo.

b) Determinar la eficiencia por tamaño departículas (PSE) del filtro a los caudalesespecificados.c) Se registran los recuentos de partícu-las antes y después del filtro. En cada casose calcula la eficiencia usando la fórmula:

d) El procedimiento para el ensayo es elsiguiente:1- Determinar el PSE del filtro limpio. PSEes abreviatura de (Particle Size Efficiency)

que es eficiencia por tamaño de partícu-las (ver Tabla 2).2- Acondicionar el filtro cargándolo con 30g de polvo sintético o hasta que la caídade presión aumente en 10 Pa (10 pascales= 1 mm de columna de agua).3- Determinar el PSE del filtro acondicio-nado.4. Cargar al filtro con polvo sintético has-ta que la caída de presión llegue a ¼ de ladiferencia entre la caída de presión final yla caída a filtro limpio.5. Determinar el PSE del filtro.6. Repetir este ensayo con cargas sucesi-

Promedio mínimo Tamaño correspondienteíndice PSE por grupos en µE1 0.3 a 1.0E2 1.0 a 3.0E3 3.0 a 10

Tabla 2 Grupo índice de tamaños

Cd: recuento de partículas después del filtro.Cu: recuento de partículas antes del filtro.

Ef =( 1 - ) x 100CuCd

6

3 4 81075

12 1213

1114 15

3 18

13 151217

1211 10 9

1- Ventilador, 2- Válvula, 3- Banco de filtros HEPA, 4- Transición si necesaria al filtro de 610 x 610 mm (24�� x 24��), 5- Tubode inyección de aerosoles, 6-Generador de aerosoles, 7- Tubo de inyección de polvo, 8- Alimentador de polvo, 9- Orificiode mezcla, 10- Placa perforada del difusor, 11-Toma muestras al contador de partículas, 12- Tubo Pilot al manómetro, 13-Manómetro columna inclinada, 14- Filtro de ensayo, 15- Filtro final (sólo se instala durante el ensayo con polvo sintético),16- Manómetro vertical, 17- Tobera medición caudal, 18-transición si fuera necesaria, 19- Codo (opcional).

Aireambiente

1 2 3 4

318

17 1110

9

19

15

14

1110a contador de partículas

(opcional 180degree bend)Vista General del Túnel de Ensayo

Figura 2: Representación Esquemática del Tunel ASHRAE 52-2

Detalle del Túnel Inyección al Filtro

Detalle del Túnel Aguas Abajo del Filtro

Norma Eficiencia promedio % Retención Caída de presión52-2 Partículas en tamaños de µ promedio mínima finalMERV en pesoRango 1 Rango 2 Rango 3 ASHRAE 52.1 Pa “ de agua0.30 a 1 1 a 3 3 a 101 � � E3<20 A < 65 75 0.32 � � E3<20 A < 70 75 0.33 � � E3<20 A < 75 75 0.34 � � E3<20 75 < A 75 0.35 � � 20<E3<35 � 150 0.66 � � 20<E3<50 � 150 0.67 � � 50<E3<70 � 150 0.68 � � 70<E3 � 150 0.69 � E2<50 85<E3 � 250 1.010 � 50<E2<65 85<E3 � 250 1.011 � 50<E2<80 85<E3 � 250 1.012 � 80<E2 90<E3 � 250 1.013 E1<75 90<E2 90<E3 � 300 1.414 75<E1<85 90<E2 90<E3 � 300 1.415 85<E1<95 90<E2 90<E3 � 300 1.416 95<E1 95<E2 95<E3 � 300 1.4

Nota: Columna de agua medida en pulgadas

Tabla 3

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MINO COVO

vas de polvo hasta llegar a ½ y ¾ de caídade presión de la diferencia hasta llegar ala caída de presión final y, en cada caso,determinar el PSE.7. Como resultado de los ensayos anterio-res tendremos seis conjuntos de valoresde PSE, de los que se podrán dibujar lascurvas correspondientes (Figura 3).8. Dibujar la curva compuesta por los 12puntos de PSE mínimos (Figura 4).9. Promediar de a cuatro los PSE mínimospara obtener E1, E2 y E3.10. El resultado final se obtiene usando lospromedios mínimos de E1, E2 y E3 para ge-nerar un valor MERV (Minimun EfficiencyReporting Value) que es un índice que cla-sifica a los filtros según su eficiencia míni-ma en los grupos de partículas de tama-ños hasta 1µ, de 1 a 3µ y de 3 a 10µ. (verTabla 3).Ejemplo dedeterminación de curvasde eficiencia fraccionalEs importante definir para cada eficienciael valor del caudal al que se hizo el ensa-yo. Debe tenerse en cuenta que salvo enlos filtros inerciales, las eficiencias son me-nores cuanto mayor es la velocidad del aireo el caudal del mismo si la sección de pasoes constante. En el caso de los túnelesASHRAE, las medidas del filtro son de 610x 610 mm (24�� x 24��) y un caudal típicopara este tamaño es de 0,93 m3/seg(aproximadamente 2000 CFM).Consideremos la velocidad uniforme y seráen consecuencia:

Ejemplos de la eficienciafraccionalEn la Figura 5 se ven las curvas de eficien-cia mínima para cinco filtros ensayados,desde limpios hasta su última carga. Es útilcomparar estos resultados con los datosvolcados en la Tabla 3, donde en la últimase ve la caída de presión final en pulgadasde columna de agua.Filtro A: El MERV para este filtro es MERV14 a 0,93 m3/seg (3400 m3/h).Esta curva mínima es típica de filtros de90 a 95% eficiencia de mancha. Las efi-ciencias mínimas para los tamaños departículas deben ser calculadas para ladefinición de este filtro. Las eficienciaspromedio E2 y E3 están por encima del90% mostrado en la Tabla 5 para un fil-tro MERV 14.De acuerdo a la tabla, un filtro con E1 mí-nimo de 84% es considerado MERV 14.Filtro B: De la tabla se ve que es un MERV12 basado en 78 % en E2.Filtro C: Valor de informe es MERV 9 a 0,93m3/seg. En la tabla se ve que es un MERV

9 por ser E3 mayor de 85% y E2 menor del50%.Filtro D: Se ve que es un filtro de eficien-cia relativamente baja como un 25 a 30%por ensayo de mancha 0,93 m3/seg. De latabla se ve que es un MERV 8 por ser E3mayor que 70%.

Filtro E: Se ve a primera vista que es unfiltro extremadamente grosero siendo elpromedio de E2 y E3 inferior al 10%.Para su clasificación sólo cabe hacer unensayo de retención por peso, para lo cualse aplicará la norma 52.1 de retención(Arrestance)

Eficien

cia por

tamaño

%

0.35 0.47 0.62 0.84 1.14 1.44 1.88 2.57 3.46 4.69 6.2 8.37 10

9080706050

100

40302010

0tamaño de partículas en µ

2º Carga

Inicial

1º Carga

3º Carga

4º Carga

Cargafinal

Figura 3: PSE después de incrementar la carga de polvo

Tabla 4Grupo Tamaño µ PSE % Promedio PSE %1 0,3 � 1 74,82,87,92 842 1 � 3 96,98,99,100 983 3 � 10 100,100,100,100 100Grupo Tamaño µ PSE % Promedio PSE %1 0,3 � 1 18,28,38,47 332 1 � 3 58,72,84,96 783 3 � 10 98,99,99,99 99Grupo Tamaño µ PSE % Promedio PSE %1 0,3 � 1 8,10,11,14 112 1 � 3 20,28,48,72 423 3 � 10 85,94,98,99 94Grupo Tamaño µ PSE % Promedio PSE %1 0,3 � 1 5,6,6,8 62 1 � 3 12,22,33,55 313 3 � 10 70,78,84,96 81

Filtro A

Filtro B

Filtro C

Filtro D

0.35 0.47 0.62 0.84 1.14 1.44 1.88 2.57 3.46 4.69 6.2 8.37 10

9080706050

100

403020100

Eficien

cia en

elimina

ción de

partíc

ulas %

tamaño de partículas en µ

Figura 4: Curva compuesta de eficiencia mínima

V= QA

V: velocidad Q: caudal A: sección

PAGINA 24

MINO COVO

NOTA IMPORTANTE:Como se mencionó anterior-mente, es común que los filtrosaumenten su eficiencia a medi-da que se van cargando.De ahí que la curva de eficienciamínima que se ve en la Figura 4corresponda en su mayor partea la curva de eficiencia del filtrolimpio en la figura anterior. Sóloen la parte hasta 1µ la mínimacorresponde al filtro con la pri-mer carga. Un ejemplo de estose ve en la Figura 6, donde seve como varía la eficiencia frac-cional en un filtro corrugado,desde el momento que se em-pieza a ensayar limpio hasta quese carga con 100 gr. de polvo.

La Tabla 5 da finalmente la apli-cación de los filtros en funciónde su MERV. Esta tabla es parti-cularmente útil para dar la re-comendación de la selección delos filtros en función de su apli-cación. Asimismo, en esa tablase agrupan los ensayos de las 2normas ASHRAE como MERV,eficiencia fraccional, retención ymancha.

Ensayo preliminar : Filtro plisado de 24�� x 24�� x 1�� + 94 - 96 % Retención ASHRAE- + 25 - 30 % eficiencia mancha

100 -90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 -

0 -

Eficien

cia %

0.01 0.1 1 10

50 g

limpio

100 g

Figura 6: Diámetro de partículas (micrones)

tamaño de partículas en µ

Eficiencia

en elimin

ación % d

epartí

culas

100 -90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 -0 - 0.35 0.47 0.62 0.84 1.14 1.44 1.88 2.57 3.46 4.69 6.2 8.3710

Figura 5: Eficiencia fraccional de diferentes filtros

Filtro A

Filtro B

Filtro C

Filtro D

Filtro E

Norma 52.2 Resultados N. 52.1 Guía de Aplicaciones ReferenciasIndice MERV Efic. mínima Retención ContaminanteTípico AplicacionesTípicas y Limitaciones Filtro de Aire Típico20 100 % 100 % Partículas < 0,3 µ Areas limpias / Material radioactivo Filtros HEPA-ULPAVirus > 99,999 % 0,1 a 0,2 µ19 100 % 100 % Polvo de antracita / Sal marina Producción farmacéutica IEST tipo F / > 99.999 % en 0.3µ18 100 % 100 % Todo humo de combustión Productos carcinógeros IEST tipo D / > 99.999 % en 0.3µ17 100 % 100 % Todas las bacterias Cirugía ortopédica IEST tipo A > 99,999 % en 0,3 µ16 > 95 % 100 % Partículas 0.3 a 1 µ Aplicaciones Hospitalarias Filtros multibolsa de microfibras deTodas las bacterias vidrio o sintéticas (6 a 12 bolsas)15 > 95 % 100 % Humo de tabaco / Núcleo de gotas Cirugía general14 90 - 95 % > 98 % Aceite comestible / Humo Zonas de fumar13 80 - 90 % > 98 % Polvo insecticida / Toner de copiadora Edificios de oficinas y comerciosPolvo facial / Pigmentos sofisticados12 70 - 75 % > 95 % Partículas 1 - 3 µ Residencial superiorLegionella11 60 - 65 % > 95 % Polvo de deshumidificados /Polvo de plomo Laboratorios de hospitales10 50 - 55 % > 95 % Harina / Polvo de carbón Buenos edificios de oficinas y comerc.9 40 - 45 % > 90 % Humos de soldaduras/ Gotas de nebulizador,Emisiones de motores8 30 - 35 % > 90 % Partículas 3 - 10 µ Edificios comercialesMoho7 25 - 30 % > 90 % Esporos / Spray cosmético Buenas residencias6 < 20 % 85 - 90 % Protector de fibras Talleres industriales5 < 20 % 80 - 85 % Polvo de cemento / Leche en polvo Entrada a cabinas de pinturaPolvo de hornear / Polvo de tabaco4 < 20 % 75 - 80 % Partículas > 10 µ Filtración mínimaPolen3 < 20 % 75 - 80 % Insectos diminutos / Musgo Residencias2 < 20 % 65 - 70 % Polvo de arenar / Polvo de pintura Aire acondicionado de ventana Lavables, mallas metálicas o sintéticas1 < 20 % < 65 % Fibras textiles / Fibras sintéticas Espuma de uretano

Clasificación de filtros por su aplicación. Normas ASHRAE 52.1 y 52.2Tabla 5: Relación MERV, eficiencias ASHRAE y retención

Filtros rígidos de papel de microfibrascorrugado

Filtros multibolsamicrofibras de vidrio o sintéticos

Filtros plisados de 25 a 125 mm de profun-didad con marco de cartón

Medio filtrante sintético plano

Medio filtrante plano de fibra de vidrio osintéticos

Filtros rígidos de papeles de microfibrascorrugado

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UN POCO DE HISTORIADesde la antigüedad se utilizaron másca-ras de materiales fibrosos, como los fiel-tros de lana, para ser usados como res-piradores por los obreros que trabajabanen las canteras; o se utilizaban barbijosde tela para disminuir la entrada de polvoa los pulmones.Fue durante la primera guerra mundialcuando filtros de alta eficiencia fueron de-sarrollados para proteger a los soldadosde los gases tóxicos.Aunque los filtros para polvo, y las másca-ras, eran usadas en industrias y minería,

los gases tóxicos producidos con fines bé-licos obligaron a las naciones en guerra adesarrollar materiales filtrantes suficien-temente aptos.El ejército norteamericano usaba un fil-tro cilíndrico para máscaras, que consis-tía en un cilindro de fieltro de lana enro-llado alrededor de un lecho de carbónactivado para absorber gases mientraslas fibras retenían humos. Los británicosusaban papeles celulósicos que eran im-pregnados con humo de carbono u óxidode magnesio.Después de la primera guerra mundial,

habiendo la Liga de Naciones prohibido eluso de los gases tóxicos como armamen-to, decayó el interés en el desarrollo delas máscaras de gas en los Estados Uni-dos. Sin embargo, en la Alemania de 1930una firma patentó un filtro para máscarasde gas que tenía como medio filtrante fi-bras de amianto, soportadas por fibrascelulósicas más groseras.En Copenhagen, Hansen, desarrolló un fil-tro de lana cardada impregnada en resinacolofonia o agregando resina disuelta enun solvente volátil tal como el tetraclorurode carbono. Este filtro era más eficientepara retención de humos.Un inglés, Hill, descubrió que la lana car-dada impregnada con resina se cargabaelectrostáticamente por frotamiento me-cánico, con lo que aumentaba notablemen-te su eficiencia en la retención de polvofino.Este material fue usado por los británicospara máscaras de gas durante la segundaguerra mundial, pero se notó que la lanaresinada perdía su efectividad al humede-cerse o mojarse, o cuando las fibras que-

daban recubiertas con aceite, debido a unapérdida de la carga electrostática cuandopelículas superficiales sobre fibras y par-tículas resinadas se hacían más electro-conductivas.Los alemanes continuaron con interés enel desarrollo de los materiales filtrantesde amianto-celulosa y desarrollaron unpapel de filtro mixto, compuesto por amian-to fino, disperso en fibras de esparto quetienen las características inusualmentealtas de retención, resistencia aceptableal flujo, buenas características de reten-ción de polvo y resistencia al taponamien-to con humos y vapores de aceites.Al comienzo de la segunda guerra mundial,los británicos enviaron a los laboratoriosquímicos del ejército de los Estados Uni-dos de Edgewood, Maryland, un pedazo deeste papel sacado de un filtro de máscarade gas capturado a los alemanes. Esto erajustamente lo que los cuerpos químicos delejército habían estado buscando para fil-trar humos, y así junto con los laborato-rios de investigación naval, procedieron acopiarlo y a producirlo en grandes canti-

Los filtros son tanto más eficientes cuanto más finas sean las fibrasque los constituyen, pues a igualdad de densidad, cuanto más finaslas fibras mayor es su cantidad y superficie, y menor es la distanciaentre las mismas. Por otro lado, el amianto siempre ha sido la fibramás fina en diámetro hallada en la naturaleza. Debe tenerse en cuen-ta que el amianto azul (crocidolita africana o boliviana) puede redu-cirse por medios mecánicos a fibras de un diámetro menor a 0,25micrones. Otra característica importante del amianto es su cargaelectrostática que aumenta la eficiencia de retención de partículascon carga de distinto signo.

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LOS FILTROS HEPASU ORIGEN Y DESARROLLO

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El Premio Nobel Irving Langmuir examinólas bases físicas para la retención de par-tículas sobre fibras. Concluyó con que losprincipales mecanismos relacionados eranla intercepción directa (la que afecta par-tículas suspendidas substancialmente ma-yores que 0,5 micrones de diámetro, cuan-do se mueven en una vena fluida, en unlecho de material poroso o fibroso), y ladifusión (la cual afecta partículas suspen-didas substancialmente menores que 0,2micrones). Su análisis, más adelante mo-dificado por Ramskill y Anderson para in-cluir el mecanismo de inercia, señaló quelos efectos combinados de estas fuerzassobre partículas estarían en un mínimocuando el tamaño de la misma fuera de0,3 micrones de diámetro, y entonces in-dicó al Comité Nacional para la Coordina-ción de la Defensa que ensayara los filtrosde máscaras de gas con un humo cuyas par-tículas tuvieran este tamaño, para deter-minar así la eficacia de retención mínima.Después de la guerra, Víctor La Mer, de laUniversidad de Columbia realizó varios ex-perimentos para examinar la teoría deLangmuir del tamaño mínimo de las partí-

culas filtrables, y llegó a la conclusión deque la eficiencia declinaba con tamaños departículas decrecientes por debajo de los0,3 micrones. Otros llegaron a resultadosque confirmaron que la partícula de ma-yor penetración, es decir, la menos fil-trable, tenía un tamaño definido, pero nonecesariamente de 0,3 micrones.Estudios subsiguientes han demostrado laexistencia de otras fuerzas, no tenidas encuenta por Langmuir, tales como la iner-cia, o naturalmente la existencia de car-gas electrostáticas sobe las partículas yel medio filtrante, que también pueden ayu-dar a una eficiente retención.Independientemente del juicio histórico so-bre la rigurosidad de la teoría, ésta afectóprofundamente la tecnología de los filtrosy condujo directamente al desarrollo delensayo DOP por La Mer y Sinclair para elComité Nacional para la Coordinación dela Defensa entre 1942 y 1945, el que se hatransformado en un método standard paraevaluar filtros finos y HEPA. Previo a ésto,los cuerpos químicos habían estado usan-do un aerosol de ensayo, generado con tin-tura de azul de metileno (Figura 2).El ensayo de llama de sodio es aún am-pliamente usado en Gran Bretaña. La pro-tección contra armas químicas es tambiénrequerida para instalaciones fijas en cuar-teles y áreas de producción donde el usode máscaras de gas individuales no espráctico. Debido a esta situación los cuer-pos químicos del ejército desarrollaron unventilador mecánico y un purificador de ai-re conocido como unidad de protección co-lectiva. Como se requererían caudales re-lativamente grandes de aire, el filtro dehumo (que incorporaba un papel de amian-to celulosa conocido como CWS tipo 6) erafabricado en paneles corrugados, plisadosprofundamente, y aparece así con una con-

figuración como la de los filtros actuales.Restrospectivamente, ésta fue una de lasmás afortunadas de las actividades aso-ciadas con dicho proyecto, desarrollándo-se controles de contaminación para pro-blemas potenciales de contaminación am-biental, los que solamente pueden ser re-sueltos mediante el uso de filtros de aireque tuvieran características similares a losF CWS.El cuerpo químico del ejército de los Esta-dos Unidos se había transformado en elúnico productor de filtros de aire de altaeficiencia para el proyecto Manhattan, ymás adelante para la Comisión de EnergíaAtómica se encontraron afectados, por elhecho de que ambos componentes delmedio filtrante CWS (crocidolita bolivianao africana, es decir amianto azul, y cáña-mo de origen africano) eran difíciles deobtener durante un período de la guerracuando los barcos estaban sujetos a ata-ques enemigos.Fibras locales, entre ellas la yuca, celulo-sa y viscosa habían sido utilizadas con éxi-to por los laboratorios de investigación na-val y por la empresa papelera Hollings-worth and Vose. La firma A.D. Little fuecontratada para desarrollar un papel concaracterísticas filtrantes iguales o mejo-res, que pudiera ser fabricado enteramen-te de fibras obtenibles en Norteamérica oque evitara restricciones de seguridad im-puestas por las Fuerzas Armadas.Los primeros filtros llamados absolutosfueron desarrollados bajo un control gu-bernamental por la firma Arthur D. Little,dedicada a la investigación y desarrollo dealta tecnología establecida en Cambridge,Massachusetts, Estados Unidos. Para lasnormas actuales, ellos eran abultados ypoco prácticos en términos de caudal. Porejemplo: un filtro de 24�� x 24�� x 11 1/2��

dades sobre máquinas para la fabricaciónde papel convencional, en la compañíaHollingsworth y Vose.El primer papel apto para la marina de losEstados Unidos conteniendo crocidolita bo-liviana fue llamado el H-60. El papel desa-rrollado por el ejército conteniendo cro-cidolita africana fue designado H-64 y unpoco más tarde fue llamado tipo 6.En la Figura 1 puede verse la fotografíade fibras de amianto natural con el que sehicieron filtros H-64.Lo que precipitó la necesidad del desarro-llo de un filtro de aire de altísima eficien-cia en partículas pequeñas fue el desarro-llo de la bomba atómica, pues era impres-cindible la eliminación de partículas ra-diactivas generadas en el reactor nuclearque se fabricó para el proyecto Manhattan.El Comité Nacional para la Coordinación dela Defensa, actuando para las Fuerzas Ar-madas solicitó a los científicos de univer-sidades, industrias y laboratorios de inves-tigación, el desarrollo de mejores filtrospara humos, lo que produjo nuevos ade-lantos en la teoría y tecnología de la filtra-ción de aerosoles en USA.

Figura 1: Fibras de amianto natu-ral con la que se hicieron los filtrosH64Figura 3: Papel de microfibras devidrioFigura 2: Aerosoles de azul demetileno retenidos sobre microfi-bras de amianto.

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620 x 620 mm x 300 mm era apto para cau-dales de 550 cfm (15,7 m3/min) con unaeficiencia del 99,95% en la eliminación departículas de 0,3 micrones. Hoy filtros deesta medida admiten 4 veces más caudal,es decir 62 m3/min con eficiencia del 99,99% en partículas de 0,12 micrones.Es fácil entonces ver que los primeros fil-tros HEPA fueron un importante adelantoen la técnica de filtrado de aire de alta efi-ciencia.Las investigaciones llevaron a la sustitu-ción del cáñamo por fibras de vidrio, alamianto canadiense como un substituto delamianto azul (boliviano), a separadorescorrugados como substitutos de bloquesseparadores usados en el CWS (que se de-mostró eran una importante obstrucciónal flujo de aire). La búsqueda de fuenteslocales de materiales filtrantes, llegó a unéxito notable con el desarrollo de papelesde microfibra de vidrio super finas, cuyodiámetro era sustancialmente menoresque un micrón.El papel de microfibras de vidrio fue fun-damental para reemplazar a los filtros deamianto. El medio filtrante propiamentedicho consistió en las microfibras que seconsiguieron de vidrio fundido soplado,que sometidas a un proceso similar al dela fabricación de papel con fibras celuló-sicas y un porcentaje al 5% de resinasdieron como resultado un papel de micro-fibras que es de excelente eficiencia (Fi-gura 3).Su proceso de fabricación es en todo simi-lar al del papel. La suspensión en una so-lución acuosa de las microfibras se trans-porta sobre una cinta continua (Fourdri-nier) donde se drena el agua durante elmovimiento, mientras se produce el agre-gado de las resinas que las unen. Al finalde las cintas transportadoras se encuen-

tran rodillos rotativos secadores donde secompleta su secado, quedando como re-sultado un papel de un espesor aproxima-do de 1mm, que puede ser plegado dadasu flexibilidad .Hasta fines de la década del �40 el filtroera un secreto militar y las normas por lasque se lo fabricaba y ensayaba eran nor-mas militares. A comienzos de la décadadel �50 ya el uso del filtro desarrollado porArthur D. Little para la Comisión de Ener-gía Atómica y el ejército de los EstadosUnidos se empezó a utilizar con fines in-dustriales. Fue cuando Arthur D. Little, quetenía la patente de invención del filtro encombinación con la firma Carrier de Syra-cuse Estado de New York, decidieron for-mar la firma Cambridge Filter Corpora-tion, también localizada en Syracuse, parafabricar en escala industrial el filtro queCambridge puso en el mercado con el nom-bre de Absolute (absoluto).Sus primeras aplicaciones fueron en lasindustria farmacéutica, de tubos de rayoscatódicos, fotográfica y nuclear. Nunca sehubieran imaginado sus autores que añosdespués el filtro HEPA y los posterioresULPA de mayores eficiencias tendrían in-numerables aplicaciones en industrias einstitutos de investigación más diversos.

DEFINICIONDE FILTRO HEPA

HEPA (High Efficiency Particulate Air) esun filtro descartable de medio filtranteseco y extendido dentro de un marco rígi-do, que tiene una eficiencia mínima de re-tención del 99,97% en dioctilftalato D.O.P.de 0,3 micrones, generado térmicamente,o un aerosol alternativo especificado mo-nodisperso en tamaño, y con una máximacaída de presión de 1�� (25 mm) de colum-na de agua.

ELEMENTOSDE LOS FILTROS HEPA

Los componentes del filtro son 5:1) Medio filtranteEs el papel que es corrugado con plieguesprofundos y cercanos entre sí, de modotal que permita un caudal de aire suficien-temente grande. Puede llegar a usarse unasuperficie de papel hasta 50 veces mayorque la sección plana de entrada del filtro.2) SeparadoresSon elementos que, como su nombre loindica, mantienen los pliegues del papelseparados, dando rigidez mecánica a lasuperficie filtrante.3) MarcoEs la caja rígida dentro de la cual se hallael medio filtrante y los separadores.4) AdhesivoEs el producto que une el papel de filtro almarco.5) BurletesRevisten la superficie del marco donde seune el marco del filtro al soporte portantedel mismo. Da estanqueidad al sistema.Ver Figuras 4a, 4b y 4c.

Papel filtro o medio filtranteEn las primeras tentativas de fabricaciónde materiales de alta eficiencia se utiliza-ron fibras relativamente groseras comosoporte de fibras ultrafinas de amianto.Posteriormente, fueron hechos papeles decelulosa y amianto, vidrio, amianto y vidrio,fibras plásticas y cerámicas.El papel de celulosa y amianto es el másbarato de los medios filtrantes. En él lasfibras celulósicas relativamente gruesassirven de soporte a las de amianto que sonsubmicrónicas. Se ha dejado de usar porser el amianto potencialmente canceríge-no.El papel de vidrio es actualmente el máscomún de los medios filtrantes para los fil-tros HEPA. Esto se debe a la técnica muyadelantada en la fabricación de microfi-bras, en su mayoría de diámetro inferior aun micrón.El papel de vidrio y amianto es muy resis-tente a las altas temperaturas. Con fibrastermoplásticas se han fabricado medioscon fibras de polietileno, polipropileno ynylon con diámetros de fibras entre 0,5 y1,5 micrones. Tienen buena compatibilidad

Figura 4:

4b: HEPA con sepadrador de aluminio4a: Representación esquemáticadel HEPA

4c: Medio filtrante con separadoresde aluminio abierto y desplazadocomo un acordeón

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Figura 5:

formación plisada, con la ventaja de poderdisponer de más medio filtrante por uni-dad de volumen: de esta manera puedenmantener los caudales con menores caí-das de presión o utilizar filtros de profun-didades menores para iguales velocidadesde entrada (Figura 5).En la actualidad, los separadores más usa-dos son los de un adhesivo que se inyectaen la superficie del papel poco antes deser corrugado, y que seca en el momentodel plegado, pudiéndose aumentar la can-tidad de pliegues de tal modo que se llegaa obtener, con un filtro de menor profun-didad, una superficie filtrante equivalentea un filtro con separadores (Figura 6).MarcoInicialmente los filtros HEPA más comu-nes eran fabricados con marcos de made-ra aglomerada o terciada. Su mayor incon-veniente era su poca resistencia a la hu-medad. La madera puede hincharse, des-plazándose el burlete, perdiéndose laestanqueidad y permitiendo fugas o pér-didas entre el burlete y el marco de susten-tación.

química, pero sin embargo poca resisten-cia a la temperatura. Para el caso de sus-tentar partículas de materiales caros sepuede disolver el medio filtrante y recupe-rarse los mismos.Las microfibras cerámicas se utilizan encasos donde es necesario trabajar con al-tas temperaturas (hasta 1000 ºC).SeparadoresEn los filtros HEPA la velocidad ideal delaire a través del medio filtrante es de 2,5cm/seg. o sea 1,5 m/min., siendo con estavelocidad la caída de presión de 20 mm H2Oaproximadamente, por ser la penetraciónmínima (inferior al 0,02%) (Figura 5).Para velocidades tan bajas es necesarioaumentar muchas veces (entre 25 y 70veces) la superficie efectiva del medio res-pecto a la sección del filtro. Por ejemplo,en un filtro para 1700 m3/h de 0,36 m2 deárea frontal (filtro de 600 x 600 x 300 mm),se tiene una cantidad de medio filtranteequivalente a 18 m2 útiles.Esto es obtenido por medio de plieguescontinuos y profundos del papel, que semantienen paralelos y espaciados.Para evitar que los pliegues adyacentes sesuperpongan entre sí se usan separadorescomo se ilustra en la Figura 4, y que pue-den ser de los siguientes materiales:n Papel Kraft o cartón: Son los más bara-tos, sin embargo tienen poca resistenciaa la humedad y al calor.n Aluminio: Son los más usados. Resistenhasta 300 ºC y son aplicados en filtros quedeben ser resistentes a la humedad.n Acero inoxidable. Son usados sólo encasos especiales.Fabricantes europeos han desarrollado fil-tros donde el medio filtrante se mantieneseparado por medio de cordones adheri-dos al papel que permite mantener su con-

Los marcos metálicos usados en la mayo-ría de las aplicaciones son de chapa gal-vanizada o cadmiada con la ventaja de suresistencia a la humedad y a la tempera-tura.Los marcos plásticos se usan en generalen filtros de muy pequeño tamaño.Actualmente, los filtros para equipos deflujo laminar y los módulos tienen comomarco perfiles de aluminio.AdhesivosUna vez obtenido en la fabricación el me-dio filtrante corrugado se adhieren los ex-tremos al marco por medio de adhesivosde los siguientes tipos:n Adhesivos de tipo goma y siliconados:

Son los más comunes donde no se re-quiere alta resistencia a la temperatura.n Adhesivos refractarios:Para altas temperaturas.

BurletesLos materiales usados para esta aplicacióncumplen la función de evitar las fugas en-tre los filtros y la estructura portante.Según sus aplicaciones son de los siguien-

tes tipos:n Goma: Solamente usados para bajastemperturas.n Neoprene: Los más usados en los tiposde celda pequeñas y cerradas.n Fibras de vidrio y minerales: Se apli-can donde se deben soportar altas tem-peraturas.

Es fundamental el buen cierre con los bur-letes, de lo contrario habrá pérdidas.

LOS FILTROSHEPA MODERNOS

Para lograr con las mismas superficiesfrontales caudales mayores es necesariolograr la mayor superficie de medio fil-trante posible. La separación de los plie-gues por medio del adhesivo inyectadoque se solidifica al plegarse el papel fueun hito en el desarrollo de los filtros, lla-mados “Minipleat” de múltiples pliegues(Figura 6).Por otro lado, colocándose paneles deMinipleat con disposición en V como lo ilus-tra la figura 7 pueden lograrse caudalesde hasta 70 m3/min con una sección fron-tal de 600 x 600 mm

Figura 6: Filtro Minipleat Figura 7: Paneles de Minipleat con disposición en V

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por de DOP generado por calentamiento.Siendo estos túneles de gran tamaño (al-rededor de 5 m de longitud), su uso quedólimitado al control de calidad y validaciónde los filtros en donde se fabrican.Cada filtro HEPA tiene su control individualy una etiqueta adherida a su marco da laindicación de la penetración DOP, el cau-dal de aire de ensayo y la correspondientecaída de presión. Debe diferenciarse en-tre el Hot DOP (DOP en caliente), del ColdDOP (DOP frío). El DOP generado en fríose produce por la entrada de aire compri-mido a toberas sumergidas en DOP líqui-do y su uso es de aplicación para verificarque no haya pérdidas en los filtros dondese instalan. Básicamente deben diferen-ciarse dos conceptos, en lo que a la certi-ficación de filtros HEPA se refiere:n 1) La eficiencia se define como la reten-ción en porcentaje de un aerosol mono-disperso en tamaño de la partícula de ma-yor penetración: DOP caliente.n 2) El ensayo de pérdidas se hace con unaerosol heterodisperso en tamaño y serealiza para reparar pérdidas.

Nota Importante:El DOP en frío se ha sustituído por ser con-siderado potecialmente cancerígeno.Se lo ha sustituído por un aceite mineral yalgunos aceites vegetales. Por comodidadseguiremos llamando DOP a este ensayo.

ENSAYOSDE EFICIENCIA

Normas IEST - RP CC 001.3(Institute of EnvirommentalSciences, ContaminnationControl DivisionRecommended Practice)Esta norma para definir la eficiencia se ba-sa en la MILSTD 282 que utiliza un instru-mento autocontenido llamado penetró-metro capaz de medir la penetración por-centual de aerosoles de DOP generado encaliente de acuerdo al túnel Q 107 que sedescribe más adelante.

Ef % = 1 - Pen %En esta norma se define la operación demedición de pérdidas y su reparación porbarrido de la superficie del filtro con un

tomamuestras que lleva el aire a un detec-tor fotométrico, que se describe más ade-lante. Se define también al filtro ULPA co-mo un filtro de características similares alHEPA que tiene una eficiencia mínima deretención de partículas del 99,999 % (esdecir una penetración inferior al 0,001 %)para partículas de un tamaño entre 0,1 y0,2 µ.Ensayo de eficienciade filtros HEPA MIL Std. 282penetrómetro Q 107Este ensayo fue desarrollado durante lasegunda guerra mundial, con el objeto deelaborar máscaras antigás y filtros de altaeficiencia para el ejército de los EEUU.El dioctilftalato es un plastificante cuyacaracterística es que su presión de va-por, a temperatura ambiente, es suficien-temente baja como para dar un aerosolestable cuando condensa. Es estable tam-bién a altas temperaturas, incoloro, ató-xico, no corrosivo y barato. Las partícu-las con las cuales se ensayan cada unode los filtros HEPA son obtenidos por con-

FILTROS HEPA Y ULPADETERMINACION DE EFICIENCIAVALIDACION Y CONTROLES

as primeras normas sobre filtrosHEPA fueron las normas militares51068 sobre su construcción y la282 que define el método de ensa-

yo. Recordaremos que el origen de los fil-tros HEPA fue para aplicaciones bélicas,siendo aplicados inicialmente en la venti-lación del reactor nuclear de “Los Alamos”para el desarrollo de la bomba atómica.Para la determinación de su eficiencia sefabricaron túneles de ensayo Q-107 en losque se genera un aerosol de DOP de 0,3 µ(abreviatura de Dioctilftalato) resultado dela condensación por enfriamiento de un va-

Por definición el HEPA(High Efficiency Particulate Air)es un filtro descartable, de me-dio filtrante seco y extendidoque tiene una eficiencia mínimadel 99,97% (es decir una pene-tración máxima del 0,03%) enaerosoles de DOP 0,3 µ genera-dos térmicamente. (Norma MIL-Std-282).

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luego mezclado con la segunda corriente deaire (13) y el vapor condensa en un aerosolmonodisperso formando aerosoles de 0,3µ, medida que se regula por la temperatu-ra de la corriente fría. Las partículas debe-rían tener un diámetro de 0,3 µ, lo que esverificado por medio de un dispositivo ópti-co. Después de la condensación, el aerosoles diluido, a una concentración de 100 mg/m3, con la mezcla de la tercera corriente deaire en la cámara (14), y el filtro ensayado(15) al caudal de diseño. El caudal en exce-so es extraído por la chimenea (8). La pe-netración de aerosol de DOP es medida por

un penetrómetro (6), verificándose en (5)el tamaño de la partícula.Medición de penetración de DOPLa medición de la penetración de DOP seefectúa con la ayuda de un dispositivo ba-sado en una celda fotoeléctrica. Se dispo-ne de un foco, cuya luz es dispersa por laspequeñas partículas transparentes, lo quehace que la celda emita pulsos proporcio-nales a la concentración del aerosol. Alchequear un filtro, muestras de aire pa-san antes y después del mismo, por la cá-mara óptica donde la luz se dispersa, y di-cha dispersión es registrada por la celdafotoeléctrica, bajo la forma de una lecturapor una aguja en un cuadrante. Esta lectu-ra se ajusta a 100% de concentración deDOP, antes del filtro. A continuación, setoman muestras del aire filtrado.La dispersión de luz provocada por las par-

tículas del aire filtrado, nos da el valor di-recto de la penetración de partículas deDOP en un filtro. El instrumento es gradua-do con diferentes escalas permitiéndose,por el cambio de ellas, lecturas directasde valores tan pequeños como el 0,001%del aerosol emitido (Figura 3).El complemento de la penetración es laeficiencia. Un filtro con 0,02% de penetra-ción tiene, por lo tanto, una eficiencia de99,98%, con lo que cumple la especifica-ción de HEPA.El dispositivo que se muestra en la Figura4, se basa en el principio de que un haz deluz, pasando a través de partículas, se dis-persa y polariza en dos planos mutuamen-te perpendiculares, rotando la lente ajus-table hasta que las dos mitades de la mis-ma tengan haces de luz de igual intensi-dad, el tamaño de partículas puede ser de-terminado.Ensayo de pérdidaspor barrido (scanning)Los filtros HEPA pueden tener diminutaspérdidas en el medio filtrante (papel de vi-drio) y sin embargo cumplir con la exigen-cia de eficiencia mínima de 99,97% en 0,3µ.Para repararlas y aumentar en consiguientela eficiencia total se procede al ensayo debarrido con tomamuestras de aire conecta-do a un detector fotométrico (Figura 5).

densación de vapor de DOP, generado encaliente, que forma un aerosol monodis-perso de 0,3 micrones. Las relaciones delas concentraciones de DOP antes y des-pués del filtro, se determinan por mediosfotoeléctricos. Las Figuras 1 y 2 muestranel croquis y la fotografía de un equipo deensayos DOP normalizado MIL 282.El aire es prefiltrado con un filtro HEPA (1)a la entrada, y dividido en tres corrientes.Una es calentada a 185 ºC (10), pasandosobre DOP calentado a casi 200º C, de ma-nera tal que el aire se satura con vapor deeste último. Este flujo de aire saturado es

Figura 2: Fotografía del equipo TDA-120L para ensayos DOP. Norma 282

Referencias: 1- Filtro HEPA 2- Conecciones 3- Bomba de vacío 4- Válvula solenoide 5- Control de tamaño de DOP6- Penetrómetro 7- Control de caudal 8- Salida del exceso de aire 9- Reservorio de DOP (temperatura 199ºC)10- Calentamiento eléctrico 11- Orificio 12- Ventilador 13- Enfriador de aire 14- Cámara de mezcla 15- Filtro de ensayo

1

4

5

3

65

14 1511 14

11 13

7

7 12

11109

8

1

Figura 1: Esquema de Ensayo DOP caliente. Norma 282

Figura 5: Toma muestrasFigura 4: Dispositivo para medición del tamaño de par-tículas en túnel DOP

Figura 3: Cámara óptica dispersora de luz con fotocé-lula para la determinación de la penetración

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El aerosol con que se ensayan las pérdi-das es polidisperso en tamaño y se definecomo pérdida todo punto en el que la pe-netración sea superior al 0,01% del aero-sol inyectado, medida por detección foto-métrica (Figura 6).Distribución por tamaño departículas de diferentes aerosolesSi bien se creyó por muchos años que elDOP en caliente era de distribución homo-génea por tamaño en 0,3 µ, con el desa-rrollo de contadores de partículas de rayoláser, se vió que el rango de tamaños fluc-tuaba entre 0,1 y 0,4 µ con un pico en ladistribución de 0,18 µ (Figura 7).Cabe aclarar aquí que, como veremos másadelante, el DOP caliente que se conside-raba monodisperso con tamaño de partícu-la de mayor penetración en el filtro, no esmonodisperso, y la partícula de mayor pe-netración no es de 0,3µ, sino cercana a los0,13 µ. Sin embargo la teoría sigue siendoválida y para definir filtros HEPA se sigueusando la denominación DOP aunque paradefinir filtros más finos como los ULPA seusan aerosoles de prueba de 0,1 a 0,2 µ.Ni siquiera el DOP se usa como aerosol enla mayoría de las aplicaciones. Debido alcuestionamiento del DOP por la FDA comoun potencial cancerígeno, se lo ha substi-tuido por aceite mineral llamado Emery 304

que es una poliolefina y otros aceites deíndices de refracción semejantes.

CLASIFICACION DE LOSFILTROS HEPA Y ULPA

La norma IEST clasifica a los filtros de altaeficiencia en 6 tipos diferentes que fluc-túan en eficiencia entre 99,97% en 0,3 µa 99,999 % en 0,1 a 0,2 µ.Los filtros B y E se ensayan con el caudalnominal y con un caudal de apenas el 20%del mismo, debiendo cumplir con la eficien-cia requerida en ambos casos. En el casode los filtros tipo F, ULPA (Ultra Low Pene-tration Air) el ensayo se hace con un con-tador de partículas que mide con interva-los de tiempo cantidades de aerosoles deentre 0,1 y 0,2 µ debiendo mantenerseconstante la concentración del aerosol.También se pueden hacer con 2 contado-res que cuenten simultáneamente los ae-rosoles antes y después del filtro con lasdefiniéndose la penetración como la rela-ción entre el número de partículas que sa-len del filtro con los que entran al mismopor la unidad de tiempo expresada comoun porcentaje para un determinado tama-ño de partículas (Tabla 1).

Ensayo de pérdidasdonde el filtro se instalaSi bien todo filtro HEPA o ULPA debe serensayado individualmente como control decalidad antes de su embalaje, donde sefabrica, es posible que cuando se lo insta-la pueda tener algún problema por defec-to de la instalación o del mismo filtro, comose ve en la Figura 9. Por ello es recomen-dable el ensayo llamado DOP frío y esteensayo está normalizado según la IEST 34,donde ya se define el aerosol como acei-tes minerales, Emery 304, aceite de maíz,etc., sustitutos aceptados para DOP.Este ensayo consiste en generar un aero-sol por medio de aire comprimido que en-tra en toberas (Laskin) sumergidas en elaceite que se aerosoliza.Este aerosol que fluctúa en tamaño entre0,2 y 2 µ con un tamaño medio de 0,7 µ seinyecta aguas arriba de los filtros con unaconcentración de 100 mg/m3 de aire. LaFigura 8 ilustra la distribución por tama-ños del aerosol generado por aire compri-mido.La medición fotométrica de pérdidas con-siste en calibrar el fotómetro al 100% con

el aerosol generado y cambiando de es-cala en el fotómetro de 100 a 1, detectarbarriendo la superficie del filtro todo pun-to donde la penetración supere el 0,01%de la concentración del aerosol inyecta-do.La medición da una relación de concentra-ciones de aerosoles, no midiendo tamañosde partículas. Demás está decir que esteensayo de pérdidas es válido con filtros deeficiencia ya certificada.

9876543210 .1 .2 .3 .4 .5 .6 .8 1.0 1.5 2.0 3.0

Figura 8: Distribución por tamaños de aerosol gene-rado en frío

90

80

70

60

50

40

30

20

105310 -1 -2 -3 -4 -5

Figura 6: Barrido del filtro al detector fotométrico

Figura 7: Distribución de aerosoles de DOP

Tabla 1: Ensayos recomendados y sus eficienciasEnsayo de Ensayo de Rango de

Tipo de penetración barrido (scan) Comentarios eficienciafiltro Método Aerosol Método Aerosol mínima

A MILStd282 DOP caliente No No 99,97 %en 0,3µ

B MILStd282 DOP caliente No No Ensayo con 99,97 %2 caudales en 0,3µ

C MILStd282 DOP caliente Fotómetro DOP 99,99 %polidisperso en 0,3µ

D MILStd282 DOP caliente Fotómetro DOP 99,999 %polidisperso en 0,3µ

E MILStd282 DOP caliente Fotómetro DOP Ensayo con 99,97 %polidisperso 2 caudales en 0,3µ

F IES-RP C007 Abierto Contador Abierto 99,999 %de partículas en 0,1 µ

a 0,2µ

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78655

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Las Figuras 10 y 11 muestran un genera-dor por aire comprimido y la medición porfotómetros del aerosol inyectado.En la Figura 12 se ve la inyección de unaerosol a un banco de prefiltros de unamesada de flujo laminar, aspirándose porel ventilador que efectúa la mezcla con el

aire que pasará por el pleno a los filtrosHEPA. En la Figura 13 se ve una verifica-ción de integridad con detector fotomé-trico ATI. En la Figura 14 se ve claramen-te lo que indica el fotómetro: 0.002 comoconcentración relativa al valor 100 de ae-rosol inyectado, es decir, 0.0002%, mien-

tras que la Figura 15 muestra la fotogra-fía de un fotómetro tal como el usado enla fotografía de la Figura 14. Nótese quela boquilla tomamuestras tiene, para faci-lidad del operador, un visor donde se pue-de leer la penetración mientras se reco-rre la superficie de los filtros HEPA.Ensayo láser dual:IES-RP-CC07.1El ensayo Láser Dual es el que hoy en díaestá normalizado para la determinación deeficiencias de los filtros ULPA. Para ello seutilizan 2 contadores de partículas de rayoláser calibrados o uno sólo que toma se-cuencialmente muestras del aire antes ydespués del filtro en ensayo. Es de funda-mental importancia que el aerosol estéconstituido por partículas esféricas de unrango de tamaños acotado entre 0,1 y 0,2µ y con un índice de refracción entre 1,45 y1,6. Pueden usarse esferas de látex PSL,aceite mineral DOS (Dioctil Sebacato) y DOP.

Es requisito fundamental que el aerosolutilizado mantenga una constancia tantoen su concentración como en el tamaño desus partículas, porque de lo contrario laseficiencias determinadas carecerían deexactitud. Esto es particularmente críticocuando se usa un solo contador que tomamuestras haciendo recuentos con interva-los de tiempo entre aguas arriba y aguasabajo del filtro en ensayo.Orígenes del ensayo láser dualCambridge Filter Corporation de Syracuse,Estado de New York, USA, que fué en suépoca pionera en el desarrollo industrialde los filtros HEPA registrados con la mar-ca “Absolute” (de ahí el nombre de abso-luto vulgarmente usado como sinónimo deHEPA), utilizó dos contadores Láser PMSpara ensayar filtros HEPA determinandoeficiencias en función del tamaño de par-tículas.Utilizó para ello un túnel de formato simi-lar al ASHRAE, utilizando como aerosol deensayo el que se encuentra en el aire am-biente, tal como la norma ASHRAE 52-1.Lo único que se puede cuestionar de dichoensayo es que siendo el aire ambiente va-riable con el tiempo en su dispersión departículas puede adolecer de inexactitu-des. Sin embargo lo más importante es que

Figura 10: Generador de aerosoles por aire comprimido

1- Marco del filtro 2- Medio filtrante 3- Perfil de soporte 4- Fuga en perfil 5- Fugas en medio filtrante6- Fuga en adhesivo 7- Fuga en burlete 8- Fuga en soporte 9- Fugas entre soporte y lateral de cabina

Figura 11: Búsqueda de pérdidas con detector foto-métrico

Figura 12: Aerosol inyectado

Figura 9: Pérdidas posibles en filtro instalado

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este desarrollo dió origen luego a las nor-mas IEST de los ULPA. También fue Cam-bridge la primera en hacer ensayos de efi-ciencia por tamaño de partículas en filtrosgrado ASHRAE. Hace ya 10 años que Cam-bridge cerró sus puertas pero ha dejadoenseñanzas importantes.Contadores láserLa Figura 16 muestra un contador de partí-culas LASAIR 110 de 8 canales con recuen-to de partículas desde 0,1 µ y mayores hasta1µ y mayores. Cada canal cuenta y clasificalas partículas de un rango de tamaños dado,pudiéndose leer el recuento en la pantallao en la cinta impresa que se ilustra en laFigura 17. En la Figura 18 vemos el túnel deensayos que tenía Cambridge donde semedía la eficiencia por tamaño de partícu-

las mediante 2 contadores láser con com-putadora conectada utilizando como conta-minante el aerosol ambiental. Se puede ob-servar la computadora terminal a la izquier-da, la impresora arriba y computadora yláser inmediatamente debajo de la impre-sora, ventilador, alojamiento del filtro y tomade muestras aguas arriba y aguas abajo delfiltro para cada láser simultáneamente. Loque hace a este equipo único es el gran ni-vel lumínico comparado con la luz blanca.Esta iluminación es de una única longitudde onda, concentrada en un solo rayo deun ancho de 200 µ. La corriente de partí-culas contaminantes está enfocada a tra-vés de la cavidad láser en una corrientede partículas de sólo 80 µ de ancho. Cuan-do una partícula penetra el rayo, la luz dis-persa en su superficie es capturada en una

fotocélula y transformada en un pulso eléc-trico el cual es medido y registrado. Dadoque la luz es de una única longitud de onday muy intensa, el láser puede discriminarcon precisión entre muy pequeños rangosde tamaños de partículas.Esta medición es imprescindible que sehaga con dos contadores, cuando el aero-sol de ensayo es polvo de aire atmosféri-co cuya concentración es variable con res-pecto al tiempo, con lo que una medicióncon un solo sensor láser usado alternati-vamente, antes y después del filtro, no se-ría representativo.El uso de los contadores de partículas derayo láser nos permite determinar congran precisión, nunca obtenida hasta sudesarrollo, las cantidades de partículas portamaños, así como detectar partículas tan

pequeñas como las de 0,12µ. En conse-cuencia, podemos definir simultáneamen-te con la computadora la eficiencia porcen-tual por tamaño en 32 rangos de tamañosdiferentes.En la Figura 19 vemos la eficiencia medidapor rayo láser de un filtro HEPA, en el quese ve que su la mínima supera el 99,99 %en 0,12 µ, llegando a 99,998 % en 0,3 µ.En partículas de 0,4 µ la eficiencia es de99,9999 % .En la Figura 20, titulada Dual Láser Spec-trometer Test Results (Resultados de en-sayos hechos con un espectrómetro de Lá-ser Dual), vemos una reproducción de loimpreso por la computadora ligada a loscontadores láser, los resultados en 32 ran-gos de tamaños en cuanto a eficiencias ysu gráfico correspondiente al evaluar un

Figura 15: Detector fotométrico TDA-2G

Figura 18: Tunel CambridgeFigura 16: Contador Lasair PMS

Figura 14: Búsqueda de pérdidas por recorrido de su-perficie de HEPAFigura 13: Búsqueda de pérdidas con detector foto-métrico Figura 17: Cinta impresa con recuento de partículaspor tamaño

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Figura 20: Resultados de Ensayos con el Espectrómetro Dual Láser en el Modelo Absolute Cambridge 1X-242414-1filtro HEPA estándar. El primer canal midepartículas de 0,12 a 0,136µ y el canal 31las de 5,289 a 6 µ. Nótese que a partir delcanal 16, 0,797 a 0,904 µ, la eficiencia esdel 100%.

NORMAS EUROPEASLa Eurovent 4/4 sigue considerando váli-do para filtros HEPA el ensayo de aero-soles de Cl Na, tal como se describe en lanorma británica B.S. 3928.Ensayo de filtros HEPApor el método BS 3928del cloruro de sodioDespués de los ensayos de manchas conaerosoles de azul de metileno, se desarro-lló en Gran Bretaña el ensayo de la llamade sodio, según la norma BS 3928, y desa-

rrollado por la Chemical Defence Experi-mental Establishment en Port Down.Con una solución de cloruro de sodio al 2%se genera un spray del cual el agua de lasgotas muy pequeñas se evapora rápida-mente, quedando suspendida en el aireuna dispersión sólida de cristales de clo-ruro de sodio de un tamaño medio de 0,5µ. Las muestras de aire, después del filtroen ensayo, pasan por una llama de hidró-geno. La sal de Cl Na da un brillo amarilloa la llama, siendo la intensidad de la luz desodio proporcional a la masa del mismopresente en el aire.La luz producida incide en una célula foto-eléctrica, siendo los pulsos emitidos pro-porcionales a la cantidad de sal presente.El esquema de este ensayo se ve en la fi-gura 21. En la Figura 22 se ilustra la pene-

1- Contaminante de ensayo aquí: DOP frío 2- Número de canales utilizados aquí: los 31 canales 3- Número de canal4- Tamaño de partícula mínima y máxima en el canal 5- 0,3 micrón (DOP) es en esta línea de canal 6- Todas laspartículas tienen un tamaño de más de 6 micrones 7- Diámetro en micrones (logaritmo; las marcas blancas sonmicrones) 8- Número de modelo (este debería ser: 1X-242412-1) 9- Ensayo CFM (Pies cúbicos/ minutos)10- Duración del ensayo (aquí: 2 minutos) 11- Medición de caudales de aire aguas arriba y aguas abajo (cc/seg.)12- Exponente (mover punto a la derecha estos tantos lugares: aquí la eficiencia es de 99,9718%)13- Eficiencia total 14- Eficiencia por concentración

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Figura 19: Eficiencia porcentual por tamaño de partículas a partir de 0,12 µ de diámetro en un filtro HEPA99,9999

99,999899,9997

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99,9899,9799,9699,9599,9499,9299,90-10 -15 -20 -25 -30 -35 -40Tamaño de partículas (µ)

Porcenta

je de efic

iencia

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tración relativa de aerosoles de DOP y ClNa monodispersos, que constituyen ensa-yos relacionables, por ser los aerosoles deensayo homogéneos y de rango de tama-ño inferior a los 0,5µ.El comité Europeo de Normas CEN ha defi-nido para validar los filtros HEPA y ULPAbajo la norma CEN 1822 la utilización deaerosoles de la partícula de mayor pene-tración (MPPS) con un tamaño entre 0,10

CEN define hasta los ULPA como:U 15 99.9995 % en partículas MPPSU 16 99.99995 %U 17 99.999995 %Normas actualmente vigentesn Federal Std. 209 E: Areas limpias.n ISO 209.n IEST-RP-CC01.3: Filtros HEPA y ULPA.n IEST-RP-CC034.1: Ensayos de pérdidas

en Filtros HEPA y ULPA.n IEST-RP-CC002.2: Equipos de flujo la-minar (en realidad llamados en la nor-ma de aire limpio de flujo unidireccional).n IEST-RP-CC006.2: Ensayos de Areaslimpias.n IEST-RP-CC012.1: Consideraciones endiseño de Areas limpias.n IEST-RP-CC0023.1: Microorganismosen áreas limpias.n IEST-RP-CC007.1: Ensayo de filtrosULPA.n BS 3928.n CEN EN 1822: Ensayo de HEPA y ULPAcon niebla de aceite de parafina.n ISO 14.644: Areas limpiasENSAYOS DE FILTROHEPA CON AEROSOLESBIOLOGICOS

Procedimientos generales.Aerosolización de cultivosDesde hace muchos años se están hacien-do ensayos de laboratorio para verificarla eficiencia de los filtros HEPA y tambiénde los filtros ASHRAE de alta eficiencia, conaerosoles biológicos.El mayor interés es conocer el comporta-miento real de los HEPA cuando se debeneliminar aerosoles bacterianos y virales.Para ello se han utilizado dispersiones delos mismos en medios acuosos, que senebulizan utilizándose cultivos de esporos

de bacterias y fagos de centésimas de mi-crón por ser de tamaño similar a los virus.Si bien la teoría de Langmuir de que cuan-to menor el aerosol por debajo del tama-ño crítico, mayor la eficiencia del HEPA pordifusión browniana, había sido comproba-da con partículas inertes, siempre se qui-so certificar el comportamiento del filtrocon aerosoles biológicos.En los laboratorios biológicos del Ejércitode Estados Unidos en Fort Detrick, Frede-rik Maryland, Decker y colaboradores en1966 ensayaron filtros HEPA definiendo lapenetración DOP, comparándolos con lapenetración de fagos de Escherichia coliT1 de tamaño máximo 0,1µ y con esporosde bacterias de 1µ.Como se puede ver en la Tabla 2 las pene-traciones promedio de esporos y fagosfueron inferiores a 7 x 10-4 % y 3 x 10-3 %respectivamente, lo que equivale a 0,0007%y 0,003 %.Recordando que

Ef % = 100 (1-P %)tendremos:Eficiencia Esporos: 99,9993 % yEficiencia en fagos: 99,997 %.Estos datos, así como la Tabla 2 se publi-caron en 1966 como “Penetration of Sub-mieron T1 Bacteriophage Aerosols andBacterial Aerosols Through Commercial AirFilters” . Manuscript 328. Dept of the ArmyFort Detrick, Frederick, Md.Estos ensayos se hicieron con filtros HEPAno tan sofisticados como los fabricados enla actualidad. Más aún, cuando las situa-ciones de bioseguridad son críticas el usode los ULPA asegura riesgos mínimos,dado que las penetraciones pueden serinferiores a 10-5 %, es decir, eficiencias

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0 50 100 150velocidad (mm/seg)

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Penetra

ción po

rcentu

al

y 0,25 micrones, no utilizándose en conse-cuencia el Cl Na para ensayos ULPA.Para los HEPA sin embargo se sigue laEurovent 4/4, clasificándose los mismoscomo:EU 10 si 95 < E < 99.9%EU 11 si 99.9 % < E < 99.97 %EU 12 si 99.97 % < E < 99.99 %EU 13 si 99.99 % < E < 99.999 %EU 14 si 99.999 % < E

Figura 22: Comparación entre las penetraciones departículas DOP de 0,3µ y la Na Cl a través de filtro HEPA

1- Placa orificio 2- Filtro 3- Entrada de aire a 100 PSI (7Kg/cm2) 4- Calefactor 5- Flujo de aire6- Cloruro de sodio 7- Ducto 8- Manómetro 9- Medidores de caudal 10- Toma de muestras 11- Llama de hidrógeno12- Célula fotosensible 13- Indicadores de penetración en el filtro 14- Entrada de hidrógeno.

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310 1Figura 21: Esquema del equipo de ensayo de filtros HEPA por Na Cl.

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del 99,99999 %.A fines de Octubre de 1999 el ResearchTriangle Institute, instituto que desarrollóla norma ASHRAE 52.2, presentó en la “AirFiltration Conference” de la sociedad Nor-teamericana de Filtración, un trabajo titu-lado “A new Laboratory Test Method formeasuring the Bioaerosol Filtration Effi-ciency of Air Cleaners” , con la intenciónde comparar filtros de diferentes eficien-cias ASHRAE y HEPA con aerosoles bioló-gicos. Como los microorganismos son ae-rosolizados y el ensayo requiere la recu-peración de los mismos, su tamaño y suforma son importantes.Los microorganismos seleccionadosreflejan una gran variedadde características a saber:n Bacteria Gram positiva, Bacillus Subtilisy Staphilococus epidermidis.n Bacterias gram negativas, pseudomo-nas fluorescens.n Hongos Penicillium crisogenum, asper-gillus versicolos y Cladosporium sferos-permun.n Virus bacteriano (bacteriofago) MS2.Los procedimientos para el ensayodeben incluir las siguientes condiciones:1 Mantener la supervivencia de los or-ganismos durante la generación del aero-sol y su recolección.2 Evaluar la posibilidad del cultivo durantela generación del aerosol y la recolección.3 Determinar que los organismos sean ge-nerados individualmente y con distribuciónpor tamaño estrecha.4 Efectuar una generación de aerosol deconcentración constante.5 Establecer un protocolo de generaciónpara los organismos en ensayo.6 Seleccionar organismos de ensayo ade-cuados.

7 Proyectar y construir el aparato dondese sostiene el filtro y el nebulizador conlos tomamuestras de los bioaerosoles.Uno de los equipos más utilizados para larecolección de microorganismos es el quese describe a continuación.

CONTADORDE MICROORGANISMOSDE ANDERSEN

Este equipo está constituido por 6 sopor-tes de placas de Petri separadas ente sípor chapas perforadas de acero inoxida-ble, armado en un conjunto dentro de uncilindro conectado a una bomba de vacío.Las chapas perforadas tienen sucesiva-mente el mismo número de perforacionescada vez más pequeñas, de modo tal quela velocidad de impacto sobre las placasde Petri son cada vez mayores (Figura 23).De este modo se separan por efecto deinercia, en cada placa aerosoles por ran-go de tamaños.Como se ve en la Figura 24 en la primerplaca se separan los aerosoles de 8,5 µ ymayores, en la segunda de 5 a 10 µ y asísucesivamente hasta que en la sexta seseparan las submicrónicas.Una vez incubadas las placas puede de-terminarse la cantidad de unidades forma-doras de colonias (CFU) y de allí la influen-cia de la concentración de aerosoles bioló-gicos, por unidad de volumen de aire.Se separan los diferentes microorganis-mos, y se define en consecuencia, la efi-ciencia del filtro para cada microorganis-mo ensayado

Figura 23:

Figura 24:

Penetración PromedioFiltro tipo Fagos T1 % Esporos de DOP % mm H2O bacteria %A 25 3,9 X 10-3 1,1 X 10-4 0,011B 17 8,5 X 10-4 7,2 X 10-5 0,02C 13 4,4 X 10-3 2,8 X 10-4 0,006D 18 1,0 X 10-3 2,3 X 10-3 0,002

Caída de presiónTabla 2

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os contaminantes ambientales sonparticularmente indeseables cuan-do se deben producir elementos conestrictos grados de limpieza.

Los aerosoles que se encuentran en la at-mósfera pueden ser desde el punto de vis-ta biológico activos o inertes, considerán-dose activos los portadores de alguna for-ma viable.La relación de las partículas portadoras demicroorganismos puede ser de un ordende magnitud tres o cuatro veces inferioral total de aerosoles en un ambiente, esdecir, su cantidad es de 1/103 a 1/104 deltotal de aerosoles existentes. Esto, por su-puesto, varía con la densidad de seres vi-vos capaces de producir contaminaciónbiológica.Hablar de niveles de contaminación de5.000.000 de partículas/pie cúbico, es de-cir de aproximadamente 178.000 partícu-las por litro, en ciudades industriales den-samente pobladas no es inusual. El nivelde partículas portadoras de microorganis-mos en esos casos puede llegar a variarentre órdenes de 20 a 200 por litro de aire.

Las cifras antes indicadas son índices esti-mativos, pues como veremos más adelan-te, el ser humano es una fuente de conta-minación biológica importante, sea por susistema respiratorio o por la escamaciónde su piel.Los métodos para controlar la contamina-ción ambiental se han basado tradicional-mente en la tecnología de la filtración delaire y de su distribución dentro de áreascerradas levemente presurizadas. Estasáreas son normalmente desinfectadas pormedios químicos o físicos, tales como la-vados con soluciones desinfectantes, for-molización y aplicación de lámparas ultra-violetas.La tecnología de la era espacial con deman-das rigurosas de confiabilidad, generó enla década de 1950 una tecnología absolu-tamente novedosa en el diseño y construc-ción de áreas limpias.Esta técnica utiliza elementos y métodos quellevan a reducir considerablemente los con-taminantes bajando a un mínimo el riesgode contaminar los productos elaborados.Hay tres factores que influyen en la conta-

minación de un objeto dentro de un am-biente: 1) La atmósfera que lo rodea. 2)Las superficies que lo circundan. 3) La su-perficie del propio objeto. Estos tres fac-tores son fuentes, y originan un nivel decontaminación por precipitación atmosfé-rica o decantación de partículas sobre lasuperficie del objeto, contaminación porcontacto superficial y transferencia, y con-taminación autogenerada.La atmósfera de los ambientes tiene un rolsignificativo al contaminar con sus aero-soles los elementos que se elaboren den-tro de ellos.Debemos distinguir dentro de las áreasde elaboración a los contaminantesambientales provenientes de dosdistintos orígenes:1) La contaminación externa introducidaal área a través del sistema de aire acon-dicionado que ventila al ambiente, y al aireresultante de infiltraciones a través depuertas y ventanas.2) La contaminación generada dentro dellocal por el propio personal o por el tipode trabajo que allí se desarrolla.

AREAS LIMPIASY FLUJO LAMINAR

Los métodos para controlar lacontaminación ambiental se hanbasado tradicionalmente en latecnología de la filtración del airey de su distribución dentro deáreas cerradas levemente pre-surizadas.Estas áreas son normalmentedesinfectadas por medios quími-cos o físicos, tales como lava-dos con soluciones desinfectan-tes, formolización y aplicaciónde lámparas ultravioletas.En los últimos años, la deman-da de áreas limpias y biolimpiasha aumentado a un punto talque ya se ha generalizado el usodel flujo laminar, utilizándose ele-mentos y métodos que llevan areducir considerablemente loscontaminantes bajando a un mí-nimo el riesgo de contaminar losproductos elaborados.

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El resultado es que en un área de trabajo,como ser un laboratorio, una sala de hos-pital o un área de fabricación, tienen co-múnmente niveles de contaminación deter-minados. El aerosol ambiental o polvillo escontinuamente introducido al ambiente poruna de las dos formas arriba descriptas yal mismo tiempo se lo elimina por la de-cantación o caída de las partículas de ma-yor tamaño, o por formas adecuadas defiltración del aire inyectado al área y delaire recirculado dentro del ambiente. Lacantidad de partículas en áreas ocupadases muy variable, así como la proporciónporcentual del contaminante biológico.Es de destacar que no hay ninguna pro-porción constante comprobada entre elnivel de contaminación por microorganis-mos y el nivel total de partículas suspen-didas.En consecuencia, aún conociéndose el nú-mero total de partículas por unidad de vo-lumen, no puede estimarse la cantidad delas portadoras de microorganismos.En los últimos años, la demanda de áreaslimpias y biolimpias ha aumentado a unpunto tal que ya se ha generalizado el usodel flujo laminar (método que veremos másadelante).La era moderna del control de contamina-ción ambiental en espacios ocupados co-menzó con la Segunda Guerra Mundial, enparte por programas bélicos, y en partedebido a la necesidad de contar con salasde cirugía biolimpias, mientras la industriafarmacéutica requería mejorar las condi-ciones de control ambiental en espacioscerrados.A partir de la década del 40, comienza en-tonces una mejora, que se transforma enrevolución cuando el uso de la energía nu-clear y los proyectos aeroespaciales de lasdécadas del 50 y el 60 demandan áreas de

niveles bajísimos de contaminación paraelaboración de productos y mecanismos deseguridad. Ya en las décadas del 70 y hoyen día, la era de la computación y la micro-electrónica ha llevado a una sofisticaciónextrema al uso de áreas de contaminacióncontrolada.En el seguimiento de la historia de la tecno-logía relacionada con el control ambientalen espacios cerrados podemos denominarlas sucesivas etapas como áreas blancas,áreas estériles, áreas limpias y áreas deflujo laminar clase 100 y clase 10.Las áreas blancas, llamadas incorrecta-mente áreas estériles, fueron los prime-ros espacios controlados ambientalmenteque aparecieron en los primeros años dela década del 40.Fueron proyectadas fundamentalmentepara la industria farmacéutica y su objeti-vo era eliminar el polvo y los contaminan-tes biológicos. Dependían en gran partede la higiene y disciplina internas, de ladecontaminación y limpieza de superficies,y de la inyección de aire a las salas a tra-vés de filtros electrostáticos de una efi-ciencia ASHRAE 85 a 90 %, que eran losmás eficientes que se tenían en ese en-tonces, seguidos por largos conductos conbaterías de lámparas ultravioletas germi-cidas, que actuaban emitiendo radiacionesde una longitud de onda de unos 2536 Aºproduciendo un efecto letal en los microor-ganismos.Sin embargo, el efecto letal de la radia-ción sobre los microorganismos no es ab-soluto, por cuanto es función del tiempode exposición de la bacteria a la radiación,que debe ser de varios segundos. Además,la radiación debe tener en esas condicio-nes una intensidad adecuada, que esinversamente proporcional al cuadrado dela distancia a la fuente emisora.

La efectividad de la radiación decrece conformas esporuladas, y puede ser nula enbacterias ocluídas en partículas de polvo.Con todo, es indudable que la radiaciónultravioleta produce un efecto letal capazde reducir sensiblemente la cantidad demicroorganismos en aire y fundamental-mente sobre superficies irradiadas.Ambientes LimpiosEl ambiente que nos rodea contiene gran-des cantidades de contaminantes gaseo-sos y de aerosoles líquidos y partículados.Sin embargo la aplicación de areas limpiasse limita a reducir o eliminar a los aero-soles. La contaminación ambiental es unaamenaza permanente no sólo a la salud.Es perjudicial también para una cantidadde procesos de producción como inyecta-bles de uso humano, semiconductores, cir-cuitos integrados, pequeñas piezas de me-cánica de precisión, alimentos, etc. Asimis-mo, hay una mayor demanda para obte-ner y mantener la esterilidad y pureza dedrogas y en consecuencia son necesariosambientes libres de microorganismos.Las operaciones arriba mencionadas de-ben hacerse en ambientes cerrados lim-pios donde: 1) La cantidad de partículases limitada, 2) La temperatura y humedadson controladas, 3) La presión de aire esdefinida, 4) Los desplazamientos del aireestán definidos y controlados, 5) La cons-trucción tanto en diseño como en mate-riales está definida y están además nor-malizadas los procedimientos de manteni-miento y operación.Areas limpias convencionales,de régimen turbulentoEn la década del �50 con la difusión del fil-tro HEPA las áreas limpias convenciona-les tuvieron una notable mejora, puesto

que fueron sustituidos los filtros electros-táticos seguidos por los ductos de lámpa-ras germicidas, por uno o más filtros HEPA,con lo que se lograba en forma inmediataque la inyección de aire a las salas limpiasfuera prácticamente estéril.Debemos aclarar aquí que es muy raroencontrar bacterias aisladas en aire, yaque normalmente forman colonias o tie-nen partículas de polvo como vehículo.En consecuencia, las partículas que con-tienen microorganismos son siempre ma-yores que los microorganismos en sí. Lasfuerzas electrostáticas son en parte res-ponsables de la unión de los microorga-nismos al polvo y a otras partículas en sus-pensión.Las áreas limpias convencionales de ladécada del �50 en general tenían plenosde inyección, donde se instalaban en ca-jas metálicas los filtros HEPA con sus co-rrespondientes prefiltros, derivándose elaire por medio de conductos a los distin-tos difusores localizados en los techos delas áreas limpias (Figura 1).Si bien ésta era la manera más práctica yeconómica no se evitaba la posible conta-minación generada en los ductos, por loque la tendencia siguiente fue la de colo-car los filtros HEPA terminales, como ele-mento de entrada al área, asegurándose deeste modo la inyección de aire limpio deentrada a la sala, así como la posibilidad decertificar la integridad del filtro HEPA des-de la misma área limpia (Figura 2).Los módulos terminales modernos cons-tan de su propio pleno con una reja de re-gulación de caudal, su marco portante y elfiltro HEPA incluido. Tienen además la en-trada para inyección de DOP al pleno, parapoder proceder a su certificación de inte-gridad (Figura 3).Sin embargo, con estas áreas se lograba

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solucionar parcialmente el problema de lacontaminación en el ambiente, pues si biense eliminaba totalmente el contaminanteexterior, al contaminante generado en elambiente interior se lo diluía con aire lim-pio.Recordemos también que, siendo la ma-yoría de las partículas submicrónicas y derangos cercanos al micrón, se mantienensin depositarse, dispersas en el aire porprolongados períodos de tiempo y puedenrecorrer grandes distancias sin caer. Esaspartículas son en muchos casos portado-ras de microorganismos o colonias. A con-tinuación vemos la cantidad de partículaspor minuto que generan, en promedio, losindividuos en función de su actividad:n Parados o sentados sin movimiento:100.000 part/min de 0,3 µ y mayores. nSentados con movimiento leves de cabe-za, antebrazos y manos: 500.000 part/min.n Sentados, con movimiento normal decuerpo y brazos, moviendo los pies:1.000.000 part/min. n Cambiando de po-

sición de sentado a parado y viceversa2.500.000 part/min. n Caminando despa-cio (3 km/h) 5.000.000 part/min. Caminan-do normalmente (5 km/h):7.500.000 part/min. Caminando rápido (8 km/hora)10.000.000 part/min. n Subiendo escale-ras: 10.000.000 part/min. Esas partículasgeneradas dentro del área siguen las co-rrientes del aire en su mayoría, pues suvelocidad de caída en el medio viscoso airees importante a partir de tamaños relati-vamente groseros, como veremos másadelante.

NORMASDE AREAS LIMPIAS

Reseña históricaPrácticamente, todo el desarrollo de lossistemas de control de contaminación yáreas limpias aconteció a partir de finesde la década del �50.Los primeros desarrollos metódicos connormas específicas se debieron a la indus-tria fotográfica y a los laboratorios de la

Fuerza Aérea de EEUU, donde ya se reve-laban y ampliaban películas fotográficas ose fabricaban sistemas de guía para aero-naves y cohetes con la aplicación de girós-copos.Distintas normas se aplicaron para áreasen donde los requerimientos de limpiezade aire eran especiales.Al comienzo de estos desarrollos la Comi-sión de Energía Atómica de Estados Uni-dos, la NASA y el Comando de Cohetería yMisiles del Ejército comenzaron a reque-rir áreas limpias con conteos inferiores alas 100.000 partículas por pie cúbico, esdecir no más de 3.500 por litro.Con el lanzamiento de satélites por Esta-dos Unidos y la Unión Soviética en 1957 y1958 la carrera del espacio había comen-zado, y los sistemas de guías misilísticasempezaron a ser de tamaños mínimos. Enconsecuencia, con tripulaciones humanasenviadas al espacio, la confiabilidad de losequipos debía ser máxima, es decir, el por-centaje admisible de fallas debía tender acero.La investigación y desarrollo para lograráreas de contaminación controlada muylimpias se incentivó para mejorarlas, perotambién para disponer de métodos de en-sayo para certificar los controles de lasmismas.La primera norma que se utilizó fue la Air

Force Technical Order # 00-25-203 en1961, trajo consigo dicha publicación deprocedimientos para construir, operar ycertificar áreas limpias, estableciendo 4clases de niveles de limpieza. En 1962 losLaboratorios Sandia de Albuquerque, NewMexico, U.S.A, anunció el desarrollo deáreas de flujo laminar y en 1963 se editóla primera Norma Federal 209.Estas áreas fueron un gran avance en elcontrol de contaminación al llegarse a te-ner menos de 100 partículas por pie cúbi-co, es decir, como máximo 3,5 por litro, loque significa una reducción de 1000 vecesdel nivel de contaminantes de las prime-ras áreas limpias.Luego en 1966, la primer área de flujo la-minar fue instalada como sala de opera-ciones en Nuevo Méjico en EEUU y se revi-só la Norma Federal 209 incorporando elflujo laminar. Se publicaron también nor-mas adicionales y complementarias porASTM y la Asociación Americana de Con-trol de Contaminación AACC publicó la Nor-ma CS-6 detallando los Métodos de ensa-yo y certificación de las áreas limpias en1972. Años después, se forma sobre labase de la AACC el Institute of Environ-mental Sciences, IES, que publicara la nor-ma IES-RP-CC-006 sobre Ensayo en AreasLimpias.La norma Federal 209 es sin duda la más

Figura 2: Módulo terminal HEPA conectado al ductode aire acondicionado Figura 3: Detalle del módulo terminal HEPA1- Marco, 2- Medio filtrante, 3- Superficie,4- Reja de regulación del caudal

Figura 1: Area limpia convencional. El aire filtrado por módulos HEPA se diluye con el aire interior.

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comúnmente aplicada a través de sus di-ferentes revisiones, siendo la más usadala revisión 209D de 1988 y la 209E de Sep-tiembre de 1992. En ellas se especificanlos métodos para el recuento de partícu-las por tamaño con contadores fotomé-tricos de rayo láser, así como los métodospara su certificación y validación incluyén-dose los ensayos de los filtros HEPA.Aparte de estas normas debe cumplirsecon condiciones sobre nivel de iluminación,sonido, humedad relativa, velocidad del ai-re, número de renovaciones, etc.Areas de flujo laminarDividiéndose las fuentes de contaminaciónen aire exterior y generación en el inte-rior del área, y solucionándose el primerode los problemas por la utilización adecua-da de filtros HEPA, se buscó un mecanis-mo que sirviese para limpiar por sí solo lacontaminación emitida interiormente.Entre 1961 y 1962 un equipo científico en-cabezado por el Dr. Willis Whitfield, co-menzó ensayando el envío de aire al locala través de filtros HEPA a mayores veloci-dades, lo que fue contraproducente. Pero,luego, se construyeron dos áreas, la pri-mera formada por un cielorraso completode filtros HEPA dispuestos horizontalmentey la segunda con una pared de filtros HEPAcon circulación horizontal de aire sobre lamesa de trabajo.Trabajando a diversas velocidades de des-plazamiento de aire se llegó a tener el áreaclase 100, es decir no más de 100 partícu-las por pie cúbico o 3,5 por litro de aire.A ese mecanismo se lo denominó FLUJOLAMINAR por semejanza al movimiento deese tipo que se da en mecánica de fluidos.En las Figuras 4 y 5 se ve la representa-ción esquemática de áreas de flujo lami-nar horizontal y vertical respectivamente.

En ella las velocidades de aire son meno-res que las habituales a la salida de losfiltros y las líneas de desplazamiento semantienen paralelas en todos sus puntosy uniformes en el espacio y en el tiempo.Evidentemente, se había logrado el meca-nismo de autolimpieza de las áreas limpiasy se implementó la Norma Federal 209 B

de la que resumiremos los conceptos fun-damentales:“Se llama Flujo Laminar a una corrientede aire previamente filtrado por filtrosHEPA cuya masa toda se desplaza en lí-neas paralelas a una velocidad uniformede 90 pies/min ± 20 pies/min (27 metros/min ± 6 metros/min)” . Las velocidades

de aire especificadas por la Norma hansido calculadas en función de poder expul-sar de las áreas las partículas que allí seencuentran sin permitir su decantación.Así, el flujo laminar actúa como un pistónde aire limpio que se desplaza dentro deun cilindro barriendo fuera de las áreaslas partículas en ellas generadas.

Figura 5: Area de flujo laminar verticalFigura 4: Area de flujo laminar horizontal

PARE

D DE

FILT

ROS

PARE

D DE

RETO

RNO

DE AI

RE

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6 π µ v r = π r3 g (ρ − ρ�)2 r2 g (ρ − ρ �)9 µv=

m . a = 0 = π r3 ρ g - π r3 ρ� g - 6 π µ v r

05

1015

22530

Caída

vertica

l, en c

entíme

tros

Distancia recorrida horizontalmente, en metros

Figura 6: Desplazamiento de partículas de flujo laminar horizontal

0 5 10 15 20 25 30

V = 30 m/min A: Nivel relativo de contaminación en escala logarítmicaB: Tiempo en segundosC: Humo producido en la salaD: Fotómetro saturado con 10 partículas por pie cúbicoE: Nivel con menos de cien partículas por pie cúbico de 0,5 µ

Figura 7: Característica de autolimpieza del área

10 20 30 40 50 60 70

D

C C C EB

P = 4/3 p r3 ρ gP1 = 4/3 p r3 ρ � gP2 = 3 π µ v d = 6 π µ v r

r = radio de la partículag = aceleración de la gravedadv = velocidadρ = densidad de la partículaρ� = densidad del aire

P2

P1

P

r

Figura 8: Fuerzas sobre una partícula que cae en unmedio fluído

En la Figura 6 se aprecia que una partícu-la relativamente grosera de 10 micronesse desplaza 15 metros en sentido horizon-tal antes de caer 30 cm. Es decir, la rela-ción de desplazamiento horizontal con res-pecto al vertical es de 50 a 1.Los niveles de limpieza de estas áreas pue-de demostrarse por el hecho de que nohay rayo de luz visible dentro de ambien-tes de esta clase. Si encendiéramos unproyector de cine en un extremo del área,solamente veríamos la imagen proyecta-da en la pared opuesta, sin distinguir elrayo de luz, dado que éste es visible debi-do al reflejo de las partículas suspendidasen el aire.Ya que el proceso de flujo laminar es con-tinuo, el personal no estará nunca en con-tacto dos veces con el mismo aire. En elflujo horizontal las partículas suspendidasen niveles próximos al piso son barridasmanteniéndose siempre a la misma altu-ra, nunca subiendo al área de trabajo.En las grandes áreas de flujo laminar ho-rizontal las personas dispuestas cercanasal banco de filtros HEPA se encuentran enniveles relativos de limpieza altos (clase100), sin embargo, siendo todos los indivi-duos factores de contaminación al llegar

el aire al final del área tendrá una conta-minación relativa mayor,considerándose aestas áreas Clase 10.000.La ventaja de las áreas de flujo laminarvertical consiste en que nunca el aire encontacto con un individuo o proceso pasaluego a otro individuo, lo que permite man-tener un nivel clase 100 en toda la sala. Ladesventaja del flujo laminar vertical es sumayor costo de instalación y operativo.Si consideramos como ejemplo un área de6 m de lago x 3 m de ancho y 3 m de altura,necesitaremos una superficie de 9m2 defiltros HEPA para construir un flujo lami-nar horizontal y de 18 m2 de filtro HEPApara instalar un flujo laminar vertical. Conel primero, y considerando la velocidad delflujo de 0,5 m/seg, tendremos una reno-vación de cada 12 seg., es decir 300 reno-vaciones cada 6 seg, o sea 600 renovacio-nes por hora. Recordaremos que en régi-men turbulento (área convencional) la can-tidad de renovaciones mínimas debe serde acuerdo a norma 20.Si consideramos la cantidad de filtros HEPAde 0,36 m2 c/u, necesarios aproximadamen-te tendremos, siguiendo con el ejemplo:Area de flujo horizontal:25 filtros HEPA de 24 x 24 x 5 7/8

Area de flujo vertical:48 filtros HEPA de 24 x 24 x 5 7/8Area convencional:2 filtros HEPA de 24 x 24 x 5 7/8Se aconseja en todos los casos una entra-da de aire exterior a la cámara de mezclao pleno de 5 a un 20 %.En la Figura 7 se demuestra el poder deautolimpieza de un área de flujo laminar.En los puntos indicados como C en la figu-ra (eje de tiempo) se introduce artificial-mente al área un humo contaminante que,como se puede apreciar, se elimina en unlapso de 2 segundos. En ordenadas se re-presenta el nivel de contaminación relati-va que llega a un máximo con la introduc-ción del humo en la sala.

CAIDA DEPARTICULAS EN AIRELEY DE STOKES

Distribución departículas en aireen función de sus tamañosVolviendo a la segunda Ley de Newton(fuerza = masa x aceleración) tenemosque para el campo gravitatorio P = m.g.La ley de Stokes dice que cuando un cuer-

po cae en un medio fluido, opónese a sumovimiento una fuerza proporcional a laviscosidad del medio, a la velocidad delcuerpo y al diámetro del mismo. Es decirque, la partícula que cae en aire (que esun medio fluido) está sujeta a la fuerza dela gravedad, al empuje y a la fuerza deStokes (Figura 8).Llegará un momento en que las fuerzas P1y P2 equilibrarán a la fuerza P, quedandoentonces la partícula en un estado de mo-vimiento rectilíneo uniforme, estando lasfuerzas en equilibrio, donde µ es la visco-sidad del aire y ρ y ρ� son las densidadesdel cuerpo y del aire respectivamente.Tenemos entonces que, la aceleración serácero y por lo tanto,

5 µ8 µ

9 µ10 µ18 µ15 µ

43

43

43

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Vemos que la velocidad límite es propor-cional al cuadrado del radio de la partículay a la diferencia de densidades e inversa-mente proporcional a la viscosidad.Con lo anterior podemos determinar lavelocidad de caída de una partícula esfé-rica en función de su radio, de su densi-dad y de la viscosidad del fluído en quecae.Para partículas no esféricas puede hacer-se el mismo cálculo determinándose losdiámetros equivalentes para obtener lasvelocidades límites.Distribución de partículaspor tamaños en aireEmpleándose contadores fotométricos,coincidiendo con ensayos microscópicos,se ha determinado la distribución de laspartículas por tamaño en el aire.Experiencias realizadas en EEUU, en airelibre y en interiores, dentro de áreas lim-pias de la Fuerza Aérea y en Cabo Kennedy,han demostrado en forma precisa este tipode relación.Esa relación es consecuencia de la Ley de

Stokes, que es esencialmente una funciónlogarítimica.Por otra parte, trabajos realizados porPhilip Austin, Clifford Frith y StewartTimmerman en Cabo Kennedy y en la baseOlmsted de la Fuerza Aérea de los Esta-dos Unidos, demostraron una relación di-recta entre la cantidad porcentual de par-tículas suspendidas por tamaño y la inver-sa de su velocidad de caída.En dos diferentes escalas de ordenadas,fueron dispuestas concentración de partí-culas en cantidad, por unidad de volumende aire, mayores que el tamaño dado enabscisas, y los tiempos requeridos paraque las partículas de una densidad unifor-me recorran la distancia de 1 cm, en se-gundos (para velocidades límites V); el grá-fico de la Figura 9 muestra lo explicado:Partículas por pie cúbico en función deltamaño y tiempos de caída en seg/cm enfunción del tamaño. En dicha figura, es evi-dente la relación de cantidades de partí-culas con la inversa de las velocidades lí-mites de caída, para cada tamaño de par-tícula

0,1 micrones 0,000081 cm/seg0,2 micrones 0,00018 cm/seg0,4 micrones 0,00066 cm/seg0,6 micrones 0,0010 cm/seg0,8 micrones 0,0025 cm/seg1 micrón 0,0036 cm/seg2 micrones 0,012 cm/seg4 micrones 0,048 cm/seg6 micrones 0,11 cm/seg8 micrones 0,19 cm/seg10 micrones 0,30 cm/seg20 micrones 1,2 cm/seg40 micrones 4,8 cm/seg60 micrones 10,8 cm/seg

Velocidades de caída de partículas de densidad uni-taria en aire en reposo en función de su tamaño:

100000

10000

1000

100

100,1 0,5 1 10 100 1000

1000

100

10

1

0,1Partículas

/ pie cúb

ico seg / cm

Figura 9: Concentración de partículas y relación conla inversa de la velocidad caída en aire en función desu tamaño

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NORMAS PARA LA CLASIFICACION

DE AREAS LIMPIAS

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La materia de los aerosoles puede ser orgánica o inorgánica y viableo no. Las partículas en aire pueden variar en tamaño desde 0,001 adecenas de micrones.Las Normas Federales 209 D y E dan el rango de tamaños de partí-culas y sus concentraciones máximas admisibles por unidad de vo-lumen en número, por tamaño y por pie cúbico, o también comomuestra la Tabla 2, las cantidades por tamaño por pie cúbico y tam-bién por metro cúbico (m3).Las normas ISO 14644-1 dan las cantidades límites de partículas,utilizando el sistema métrico internacional S.I. únicamente. En conce-cuencia expresa las cantidades de partículas por m3.

NORMA 209 AEn el año 1966 se define la Norma Federal209A para clasificar las áreas limpias, dán-dose además los métodos para la certifi-cación de integridad de los filtros HEPA.Además dicha norma así como la siguien-te revisión 209B definen temperaturascomo de 22ºC y rangos de humedad rela-tiva.Dichas normas incluían los diferentes di-seños de distintos tipos de áreas limpias,que se definen como: “Ambientes cerra-

dos donde las partículas en aire están bajocontrol, con presión, temperatura y hume-dad relativa definidas” .Para cumplir con la definición de área lim-pia como se define en dicha norma, en todael área no se debe exceder el recuento departículas como lo especificado en la cla-se respectiva. Las partículas son contadaspor contadores fotométricos que actúanpor dispersión de luz.Se definían entonces 3 clases: clase100.000, clase 10.000 y clase 100, que in-

dicaban la cantidad de partículas de 0,5micrones y mayores por pié cúbico de aire,con el ambiente en operación de produc-ción normal.La Figura 1, en un gráfico logarítmico dael rango de tamaños de partículas, las con-centraciones de las mismas por pie cúbico(28 litros) y la distribución de las mismaspara las 3 clases de áreas limpias comose definen en la norma.Si analizamos las curvas de la figura ve-mos que cada una de ellas representa ladistribución de partículas por cada área.La clase 100 muestra el máximo de 100partículas de 0,5 micrones y mayores, delas cuales 25 son mayores de 1 micrón, nohabiendo más de una partícula de 4 mi-crones o mayores.En la curva de la clase 10.000 vemos quecomo máximo se admiten 10.000 partícu-las de 0,5 micrones y mayores, de las queno más de 70 superan los 5 micrones, nohabiendo más de una partícula de 35micrones o mayor.La clase 100.000 es la más pobre de to-das, con no más de 100.000 partículas de

0,5 micrones y mayores, donde no habrámás de 700 mayores de 5 micrones y nomás de una mayor de 100 micrones.Nótese que las líneas son paralelas man-teniéndose la concentración de partículasen forma proporcional. Por ejemplo, laspartículas de 1 micrón y mayores son 20/pié cúbico en la clase 100, 2000 en la cla-se 10.000 y 20.000 en la clase 100.000; esdecir aproximadamente un 20% del totalde partículas de 0,5 micrones y mayores.

Figura 1: Distribución de partículas por tamaño100.000(3500)10.000(350)10.000(35)

100(3.5)10*(0.35)

* Recuentos inferiores a 10 partículas por pié cúbico(litro), son inexactos a menos que se tomen un gran nú-mero de muestras

0.5 1.0 5 100tamaño de partículas (micrones)

Class 100.000 (3500)

Class 10.000 (350)

Class 100 (3.5)

Método dedispersión de luz MétodoASTM-SAE

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Es importante destacar que si no se pu-diera disponer de contadores fotométricosde partículas y se dispusiera de una bom-ba de vacío calibrada y un portafiltro demembrana, bastaría recolectar muestrasde aire del área sobre la misma y luegocontar por medio de un microscopio la can-tidad de partículas de 5 micrones y mayo-res.Interpolando en el gráfico de la figura elvalor obtenido y trazando una paralela alas curvas hasta interceptar el eje de or-denadas, se podrá determinar la clase deárea, es decir, la cantidad de partículas de0,5 micrones y mayores que no se puedencontar con microscopio. Este método esválido unicamente para áreas clase 10.000y 100.000.Es así que a grandes rasgos se definían 3clases: 100; 10.000 y 100.000, siendo laclase 100 (100 partículas /pie cúbico) equi-valente a 3,5 partículas por litro, la máslimpia de las clases obtenibles y corres-pondiente a áreas de flujo laminar verticalo de equipos como mesadas y campanasde flujo laminar.Si consideramos que un área convencio-nal de flujo turbulento y no más de 20 re-novaciones por hora puede asimilarse aclase 100.000 (100.000 partículas /pie cú-bico = 3500 partículas por litro), clase 100es una mejora de calidad importantísima,pues disminuye el nivel de contaminaciónen 1000 veces. Mas aún, no debemos olvi-dar que un ambiente contaminado de una

ciudad industrial puede tener hasta5.000.000 partículas/ pie cúbico equivalen-te a 178.000/litro; entonces reducir a cla-se 100 es reducir casi 50.000 veces la con-taminación exterior.Con todo, las mejoras de los métodos, equi-pos, filtros, ropa, etc., nos ha llevado hoyen día a niveles de limpieza inimaginablesaños atrás, con lo que hoy existe hasta laclase 1, es decir 1 partícula por pie cúbico= 0,035/litro ó 35 partículas/m3.

NORMA 209 CyDEn 1988 se define la Norma Federal 209Dque es una corrección de la 209C y quetrae notables diferencias con las normasanteriores. El avance en la calidad de loscontadores de partículas donde se usa elrayo láser permite hacer recuentos de par-tículas menores de 0,5 micrones. Es asíque se cuentan partículas de 0,1; 0,2; 0,3;0,5; y 5 micrones y se definen 6 clases de

áreas como clase 1, 10, 100, 1.000, 10.000y 100.000, por tener esa cantidad de par-tículas de 0,5 µ y mayores por pie cúbicode aire.En la Tabla 1 así como en la Figura 2 pue-den verse en cada clase la concentraciónmáxima de partículas por tamaño entre 0,1y 5 micrones.Pero lo más importante es que a diferen-cia de las normas anteriores, define 3 es-tados para hacer el recuento de partícu-las y áreas y zonas limpias en forma preci-sa como se ve a continuación.Zona limpia: espacio definido en el cual laconcentración de partículas en aire es con-trolada dentro de límites específicos.Area limpia: un ambiente en el cual la con-centración de partículas en aire está con-trolada dentro de límites específicos.Definición de estadosde área limpian Area limpia como construida: (As built)Ambiente completo y listo para operar contodos los servicios conectados pero sinequipos de producción ni personal.n Area limpia en reposo: (At rest)Area completa, con equipos de produccióny servicios instalados y funcionando perosin personal dentro del área.n Area limpia en operaciónArea limpia completa con equipamiento ypersonal realizando las tareas de produc-ción.Esta norma define claramente cómo se de-ben hacer los recuentos, su análisis esta-dístico, la concentración promedio de par-tículas y la desviación estándar.

NORMA 209 E (1992)Esta norma vigente hoy en día se aplicaampliamente en todo el mundo. Si bien la

originó una agencia Federal Norteameri-cana, como norma gubernamental enEEUU, ha sido adoptada para clasificar lasáreas limpias por la industria norteameri-cana y por la mayoría de los países paraaplicaciones de industrias farmacéuticas,microelectrónicas y alimenticias.La norma Federal 209 E vigente en la ac-tualidad define los procedimientos paraclasificar áreas limpias y lo hace según elsistema clásico pero también con un sis-tema internacional S. I., definiendo enáreas 10, 100, 1.000, 10.000 y 100.000 yaincluidas en la norma 209 D pero agregan-do 7 clases más bajo la sigla M con sub ín-dice según el sistema internacional.Es entonces que empezamos con el áreamás limpia M1 de 10 partículas de 0,5µmpor pie cúbico llegando fuera del límite delárea limpia convencional a la clase M7 con10.000.000 de partículas por m3 ó 283.000por litro. Como se puede observar de laTabla 2, el sub índice de M marca el expo-nente al que se eleva 10 cuando se trata denúmeros enteros. Los límites de la claseestán dados para cada una. Los límites de-signan concentraciones específicas (partí-culas por unidad de volumen), de aerosolescon tamaños iguales o mayores que el tama-ño de la partícula que se muestra.

Figura 2: Límites de clase en particular por pié cúbico,de tamaño igual o mayor que el tamaño de partículasmostrado en abcisas

1101001.00010.000100.000

35 7.5 3350 75 30NA. 750 300NA. NA. NA.NA. NA. NA.NA. NA. NA.

1101001.00010.000100.000

NA.NA.NA.770700

Clase 0.1 0.2 0.3 0.5 5.0Tamaño de partículas medidas (micrones)

100.000

10.000

1.000

100

10

1

0.10.01 0.1 1 10tamaño de partículas (micrones)

partícu

las por

pié cú

bico

Class 100.000Class 10.000Class 1.000

Class 100Class 10Class 1Tabla 1: Límites de clase en partículas por pié cúbico detamaño igual o mayor que los tamaños de partículas

tamaño de partículas (micrones)

tamaño

de pa

rtícula

s (micro

nes)

Figura 3: Ilustración de la clase de limpieza de aire enfunción de las partículas suspendidas.109

108

107

106

105

104

103

102

101

1000.1 1.0 5.00.2 0.3 0.5

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Una de las mayores diferencias con las an-teriores es que se usa el sistema métricodefiniéndose 7 clases diferentes de áreaslimpias. Define además de otro modo lasclases como veremos a continuación.Definición:Clase de limpieza en aireEl nivel de limpieza especificado por el nú-mero máximo de partículas por tamaño ymetro cúbico de aire (también por pié cúbi-co), como se definen por métodos estadís-ticos.El nombre de la clase en unidades SI setoma del logaritmo base 10 del númeromáximo de partículas de 0,5 micrones ymayores por pié cúbico. El número de la cla-se en unidades inglesas se toma del núme-ro máximo admisible de partículas de 0,5micrones y mayores por pié cúbico de aire.La Norma Federal 209 E tiene una tabla, laque es reproducida como Tabla 2. En la quese define para cada clase M el número má-ximo de partículas de 0,1; 0,2; 0,3; 0,5; y 5

micrones por m3 de aire. Se muestran ade-más las clases en unidades inglesas parapoder compararlas con las normas 209 an-teriores.Los límites de la concentración pueden sercalculados para clases intermedias de laecuación.

Nº de partículas / m3 = 10 M (0,5/d) 2.2

Donde M es la designación o nombre de laclase basada en unidades SI y d es el ta-maño de partículas en micrones.

LA NUEVA NORMAS ISODE CLASIFICACIONDE AREAS LIMPIAS (2000)

La norma ISO 14.644-1 es la primera deun grupo de normas que se refieren a laclasificación, construcción y operación delas áreas limpias a saber:

ISO 14644-2 controles y monitoreosISO 14644-3 metrología y métodos de ensayoISO 14644-4 diseño y construcciónISO 14644-5 operaciones en áreas limpiasISO 14644-6 términos, definiciones y unidadesISO 14644-7 miniambientes y aisladores.

El nombre o número de clasificación se ex-presa con la fórmula:

Donde:Cn: representa la concentración máximapermitida en partículas por metro cúbicode aire iguales o mayores que el tamañode partículas considerado. Cn se redondeaal número entero más cercano.N: es el número de clase ISO que no debeexceder el valor de 9.Los números ISO intermedios pueden serespecificados considerando a 0,1 como elmínimo incremento de N permitido.D: es el tamaño de la partícula considera-da en micrones. 0,1 es una constante.La Tabla 3 que forma parte de la normapermite la comparación con la Fed Std209E. Las nuevas clases ISO pueden con-vertirse a Fed Std. dividiendo por 35. (di-vidir por 35 convierte m3 a ft3, pié cúbico).Por ejemplo la ISO 5 equivale a la vieja cla-se 100, dividiendo el valor 3520 (en 0,5µ)por 35.En la Figura 3 se ve la representación gráfi-ca de la Tabla 3. Las rectas paralelas danuna aproximación de los límites de las cla-ses y no pueden ser extrapoladas más alláde los límites de la figura

Tabla 3: Clases ISO de limpieza de aire en áreas limpias, en función de las partículas suspendidas

Nº de clas. 0.1 µm 0.2 µm 0.3 µm 0.5 µm 1 µm 5.0 µmISO Clase 1 10 2ISO Clase 2 100 24 10 4ISO Clase 3 1.000 237 102 35 8ISO Clase 4 10.000 2.370 1.020 352 83ISO Clase 5 100.000 23.700 10.200 3.520 832 29ISO Clase 6 1.000.000 237.000 102.000 35.200 8.320 293ISO Clase 7 352.000 83.200 2.930ISO Clase 8 3.520.000 832.000 29.300ISO Clase 9 35.200.000 8.320.000 293.000

Límites de máxima concentración (partículas/m3 de aire iguales y mayores que los tamaños que se muestran abajo

Tabla 2: Clases de limpieza de partículas en aire0.1 µ 0.2 µ 0.3 µ 0.5 µ 5 µunidades unidades unidades unidades unidadesde volumen de volumen de volumen de volumen de volumen

SI English (m3) (ft3) (m3) (ft3) (m3) (ft3) (m3) (ft3) (m3) (ft3)M 1 350 9.91 75.7 2.14 30.9 0.875 10.0 0.283 - -M 1.5 1 1.240 35.0 265 7.50 106 3.00 35.3 1.00 - -M 2 3.500 99.1 757 21.4 3.9 8.75 100 2.83 - -M 2.5 10 12.400 350 2.650 75.0 1.060 30.0 353 10.0 - -M 3 35.000 991 7.570 214 3.090 87.5 1.000 28.3 - -M 3.5 100 - - 26.500 750 10.600 300 6.530 100 - -M 4 - - 75.700 2140 30.900 875 10.000 283 - -M 4.5 1.000 - - - - - - 35.300 1.000 247 7.00M 5 - - - - - - 100.000 2.830 618 17.5M 5.5 10.000 - - - - - - 353.000 10.000 2.470 70.0M 6 - - - - - - 1.000.000 28.300 6.180 175M 6.5 100.000 - - - - - - 3.530.000 100.000 24.700 700M 7 - - - - - - 10.000.000 283.000 61.800 1.750

La norma 14644-1 da la clasificación de lalimpieza del aire en áreas limpias y am-bientes controlados.Esta clasificación cubre únicamente la con-centración de partículas por tamaño, en elaire. Solamente se expresa en unidadesmétricas internacionales SI y tiene simili-tudes con la norma Federal Std 209E encuanto a los tres estados del área consi-derada como: 1) Construída, 2) en reposo,3) en operación.

Cn 10 N x = 0,1D2.08

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REQUERIMIENTOSDE LIMPIEZA PARAPRODUCTOS ESTERILESO BIOLIMPIOS

En las áreas estériles convencionales (cla-se 100.000) el aire acondicionado filtradopor filtros HEPA es introducido al ambien-te por rejas difusoras o, mejor aún, pormódulos terminales con filtros a la entra-da del ambiente.El aire se extrae por conductos de retornolocalizados en las paredes a pocos centí-metros del nivel del zócalo. La cantidad derenovaciones de aire es de 20 por horacomo mínimo, pero dada la distribuciónpoco uniforme del mismo, existen zonasde régimen turbulento, así como zonas deaire estancado. El aire exterior limpio semezcla con el aire interior contaminadolimpiándolo por dilución.Estas áreas tienen los siguientes inconve-nientes:n a) Por circulación de aire en régimenturbulento las partículas son dispersadas,depositándose sobre superficies dentrodel área que deben ser limpiadas manual-

mente.n b) Carecen de la posibilidad de auto-lim-pieza, si bien el aire introducido está des-provisto de contaminantes.n c) Deben tomarse precauciones extre-mas sobre el personal y el proceso que serealiza en ellas.Dada la imposibilidad de evitar la conta-minación generada en el local, tanto el per-sonal como las operaciones y materiales,

deben ser controlados cuidadosamente afin de disminuir la misma. La característi-ca típica del área limpia convencional essu fluctuación en el nivel de contaminaciónrelativa, pues constituye en sí una cámarade mezcla. En la Figura 1 (a) vemos la va-riación de contaminantes en función de laactividad. En ella se muestra el nivel decontaminación relativa en un área conven-cional donde a lo largo de 24 horas varía

la actividad y cantidad de personal dentrode la misma. Nótese que desde las 22 hs.,cuando cesa el trabajo del personal de lim-pieza, hasta las 7.30 hs. cuando entra elpersonal de elaboración, el nivel de conta-minación relativa es mínimo.Las 8 hs. muestran un pico, pues es el ho-rario de entrada de todo el personal, y lue-go baja cuando se estabiliza el ritmo detrabajo llegándose a mínimos niveles du-rante las pausas en la actividad (café y al-muerzo). El nivel de contaminación aumen-

CONTAMINACIONCONTROLADA

18

16

14

12

10

8

6

4

2

00000 0200 0400 0600 0800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400

nivel rel

ativo de

contamin

ación

1: Iniciación del turno de trabajo2: Pausa3: Almuerzo4: Fin de turno5: Entrada personal de mantenimiento y limpieza1

2 3

4

5

horas

Figura 1a: Nivel de contaminación en área limpia convencional

A: Nivel relativo de contaminación en escala logarítmicaB: Tiempo en segundosC: Humo producido en la salaD: Fotómetro saturado con 10 partículas por pie cúbicoE: Nivel con menos de cien partículas por pie cúbico de 0,5 µ

10 20 30 40 50 60 70

D

C C C EB

Figura 1b: Característica de autolimpieza del área

9

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ta con la actividad de salida, bajando rápi-damente hasta que llega a un máximo conla entrada del personal de limpieza.Si comparáramos este gráfico con la Fi-gura 1(b) veríamos claramente que la ven-taja del área de flujo laminar total estri-ba en el barrido de todo contaminante enunos pocos segundos, en tanto que en laFigura 1(a) vemos que al diluirse el airecontaminado con el aire limpio en régi-men turbulento, los tiempos son más lar-gos y los niveles de contaminación relati-va mayores. Sin embargo, debemos con-siderar que los costos de operación e ins-talación del área de flujo laminar total sonmucho mayores que en un área conven-cional. Basta para ello considerar lo vis-to anteriormente: Un área convencionaltiene entre 20 y 40 recirculaciones porhora, cuando un área de flujo vertical deunos 3 metros de altura tiene una recir-culación cada 6 segundos, es decir, 600recirculaciones por hora. Lo anterior im-plica no sólo entre 15 y 30 veces más fil-tros HEPA sino además las mismas rela-ciones de consumos de energía para ven-tilación y acondicionamiento de aire. Porlo anterior, hoy en día, la mayoría de lasáreas limpias son mixtas. En un área lim-pia convencional se ubican campanas omesadas de flujo laminar, teniéndosedentro de un área clase 100.000 variasáreas clase 100.Para evitar la generación de partículas, lasparedes y pisos deben ser lavables y re-sistentes a la abrasión. Se recomienda lapintura epoxi como revestimiento ya quecumple esos requisitos. Deben ser evita-dos bordes, hendijas y recovecos. Los zó-calos deben ser redondeados a fin de faci-litar la limpieza. La ropa del personal debeser cuidadosamente lavada y esterilizaday debe ser confeccionada con telas sinté-

ticas que no desprenden fibras. El uso debarbijos es recomendado.

REQUISITOSNECESARIOS PARALAS AREAS LIMPIAS

Sistemas termomecánicosToda área limpia debe cumplir con condi-ciones provistas por su sistema termome-cánico, pues de éste dependen los contro-les de limpieza del aire, la temperatura,presurización, humedad, iluminación, soni-do y vibración.n PRESURIZACIONEn casi todos los casos debe mantenersepresión positiva. La razón es muy simple.En caso que el área no fuera perfectamen-te estanca, el movimiento de aire serásiempre de adentro hacia fuera en el casoque una puerta, ventana o cualquier otraabertura se abriera para permitir la en-trada o salida del producto, evitándose asíla entrada de aire contaminado del exte-rior.Las únicas excepciones a esta regla ocu-rren en los casos en que se trabajara conmateriales químicos o biológicos peligro-sos para la salud o que pudieran conta-minar otros productos. En estos casos elárea deberá tener presión negativa.Los niveles más comunes de diferenciasde presión son de 1 mm de columna deagua entre el área limpia y las áreas ad-yacentes.n EXTRACCIONHay procesos que requieren extraccionesde productos como gases y humos o partí-culas hacia el exterior. Esto obviamente sehace para proteger los productos, las per-sonas y condiciones del proceso.

n AIRE DE RENOVACIONEl mantenimiento de la presión positiva enforma constante a lo largo del tiempo im-plica la necesidad de agregar aire paracompensar el aire extraído y las pérdidaspor aberturas y puertas. Además es nor-mal el agregado de aire nuevo para el man-tenimiento de las condiciones ambienta-les, como concentración de oxígeno y eli-minación de gases.n TEMPERATURAEn la mayoría de los casos se recomiendala temperatura del 21ºC + 1ºC.n HUMEDADLa humedad relativa se determina por lascondiciones del proceso y puede variarentre 30 y 70%. Los controles de la hume-dad deben tener tolerancias de + 5% aun-que las condiciones pueden ser más rigu-rosas cuando se trata de productos sensi-bles a la humedad.n CAUDALPara áreas limpias convencionales se re-quieren más de 20 renovaciones/hora.Cuando se trata de áreas limpias de flujolaminar vertical con una altura de 3 m., conuna velocidad de aire de flujo laminar de0,5 m/seg., tendremos una renovacióncada 6 segundos, lo que implica 600 cam-bios por hora.n VIBRACION Y SONIDOEl alto número de recirculaciones en un sis-tema proyectado pobremente pueden ori-ginar ruido y vibraciones debido a ventila-dores, movimiento de aire, rejas de regu-lación, conductos y difusores.Por lo tanto, debe tenerse extremo cuida-do en el proyecto para evitar estos pro-blemas.

EQUIPOS DEFLUJO LAMINAR

Mesadas de flujolaminar horizontalEn control de calidad de productos alimen-ticios, veterinarios y farmacéuticos, cuan-do se controlan la esterilidad o nivel admi-sible de microorganismos, es común usarlas mesas de flujo laminar horizontal lla-madas vulgarmente “clean-bench” .Constan de un gabinete metálico con unbanco de filtros HEPA dispuestos en unplano vertical, prefiltros, un ventilador cen-trífugo, una mesada de fórmica o aceroinoxidable y vidrios laterales con un techode luces fluorescentes.El ventilador impulsa a los filtros HEPA aireambiente que es aspirado a través de losprefiltros.El aire se desplaza entonces en líneasunidireccionales paralelas, perpendicula-res a los filtros HEPA, barriendo cualquiercontaminante generado sobre una mesa-da como si un pistón de aire estéril se mo-viera dentro del cilindro de luces mesaday los vidrios o acrílicos laterales.Estos equipos sirven para evitar que alcontrolar la calidad microbiológica, el pro-ducto se contamine con bacterias, hongoso levaduras dispersas en el ambiente (Fi-

Figura 2: Representación esquemática de un equipode flujo laminar horizontal

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guras 2, 3 y 4). Estos equipos se usan enindustrias tan variadas como bebidas(aguas minerales, gaseosas, vinos, cerve-zas), alimentos, productos farmacéuticos,etc.Campanas o cabinasde flujo laminarLas cabinas de flujo laminar se ubican so-bre las zonas de envasado de productosque deben mantenerse libres de contami-nación.En ellos el aire ambiente es aspirado porventiladores centrífugos a través de losprefiltros, y se inyecta a través de un planohorizontal de filtros HEPA. El aire se des-plaza entonces en una corriente vertical delíneas paralelas unidireccionales a una ve-

locidad de 0,5 m/seg, sirviéndoles cortinaslaterales como guías de flujo de aire.Toda llenadora de ampollas inyectables deuso humano debe ser provista de un flujode aire clase 100, es decir, de una campa-na de flujo laminar. Ejemplo de aplicacio-nes se dan en las usinas lácteas sobremáquinas envasadoras de yogurt, llenado-ras de leche chocolatada y en las llenado-ras de aguas minerales, entre otros (Fi-gura 5).Flujo vertical sobrecintas transportadorasUna variante muy difundida de los equiposde flujo vertical son líneas de módulos dis-puestos sobre cintas transportadoras deenvases de productos que se envasan en

condiciones de asepsia. Estos flujos verti-cales cubren los envases abiertos que setransportan sobre cintas a la máquina lle-nadora hasta que se cierran, mantenién-dose así al producto libre de la contami-nación ambiental (Figura 6).Areas mixtas: la zona ultralimpiadentro del área limpiaRara vez se construyen áreas totales deflujo laminar, pues normalmente no esnecesario cubrir con flujo laminar todas lassuperficies de un ambiente. Por ello, laaplicación más racional y conveniente escubrir con cabinas, módulos o campanassolamente las zonas críticas.Típicamente estas zonas son las áreasdonde los envases, botellas o frascos son

abiertos y transportados a las llenadoraso envasadoras hasta el punto donde seproduce el cierre de los mismo. Es innece-sario tener zonas ultralimpias cuando losenvases ya se encuentran cerrados.Por consiguiente tendremos zonas clase100 de flujo laminar, dentro de ambientesconvencionales.Lo importante es que la inclusión de cabi-nas de flujo laminar clase 100 dentro deambientes convencionales clase 100.000mejora la calidad de aire de las mismas,por la continua recirculación del aire a tra-vés de los filtros HEPA de los equipos.Es así que se ha verificado que llegan amejorar los ambientes convencionales has-ta clases como la 10.000 y aún clase 1000,fuera de los equipos de flujo laminar y porefecto de los mismos.La Figura 7 muestra un área farmacéuticadonde, dentro de un área convencional conFigura 4: Flujo laminar horizontal para colocar sobre mesadaFigura 3: “Clean-bench” Baker de flujo horizontal

Figura 6: Módulos de flujo laminar vertical sobre cintatransportadora a llenadora.

Figura 5: Campana de flujo laminar

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módulos terminales, se observan campa-nas de flujo vertical. En este caso el áreaconvencional llega a un nivel de limpiezaclase 1000 (100 veces más limpio que elinicial) cuando las tres campanas están enfuncionamiento.Areas limpias modularesprefabricadasCada vez es más común el uso de áreasmodulares prefabricadas por tener mu-chas ventajas, entre otras la posibilidadesde mudarlas, ampliarlas o modificarlas sinincurrir en cambios en el tipo de construc-ción. Estas áreas son compuestas por pa-redes, pisos, cielorrasos, artefactos de ilu-minación, módulos terminales de filtros,conductos de aire acondicionado, retornos,rejas, etc. normalizados como módulos quepueden unirse entre sí en forma perfecta,lo que permite la construcción de áreasdel tamaño que se quiera como múltiplosde la medida de los módulos de pared.n CIELORRASOSAptos para sostener módulos terminalescomo filtros HEPA, artefactos de ilumina-ción o módulos cielorrasos lisos aptos paraáreas limpias.n PAREDES MODULARESCon ventanas y puertas que pueden unir-se entre sí con conductos internos parapermitir el paso de cables.n DUCTOS DE RETORNOIntegrados a las superficies de las pare-des.n PISOS INTEGRADOSTodas las superficies deben cumplir conlas normas en cuanto a facilidad de lim-pieza y resistencia a la abrasión.Una ventaja de estas áreas es que permi-ten un cálculo aproximado de los tiempos

de su ejecución y armado.Con los cambios de tecnología en produc-ción tan veloces es muy común la necesi-dad de modificar o ampliar áreas existen-tes con planificación previa. Las áreas mo-

Figura 7: Area estéril convencional con tres campa-nas de flujo laminar sobre llenadoras estériles

Figura 8: Disposición de área limpia modular Clestra

dulares dan una solución rápida y de bajocosto a este problema.La Figura 8 muestra una vista de un árealimpia modular Clestra donde se puedenapreciar los equipos de aire acondiciona-do con módulos terminales y los diferen-tes tipos de paredes, puertas, ventanas ycielorrasos

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l contar con equipos de flujo lami-nar facilita a tal punto la operación,que en muchos casos el usuario seconfía por demás en su uso, olvi-

dando normas elementales de limpieza ydisposición de materiales, como así tam-bién de movimientos y procedimientos. Escierto que los resultados obtenidos condichos equipos son óptimos, pero no hayque olvidar que son herramientas que de-ben ser tratadas como tales para obtenerresultados seguros.Como el equipo más común es el flujo la-minar horizontal, ampliamente utilizado enmicrobiología, controles de esterilidad, lle-

nado manual aséptico de productos esté-riles, y prácticamente en cuanto laborato-rio moderno donde se trabaja en controlde calidad biológica, lo hemos elegido comoejemplo para ilustrar los procedimientosa seguir para su buen uso.Entre las causas del mal usode la mesa de flujo laminar horizontal,debido a descuidos de sus usuarios,podemos mencionar:n La aglomeración de materiales en elequipo trabajando en zonas de turbulen-cias.n El disponer elementos innecesarios so-bre la mesada.n Usar la mesada como escritorio colo-cando papeles y lápices.n Introducir en el equipo material sucio.n Hacer movimientos bruscos e innece-sarios.n No limpiar las superficies del flujo lami-nar antes de la operación.Especialmente cuando el equipo de flujolaminar está instalado en un área conta-minada, deben extremarse las precaucio-nes para evitar la entrada a la zona de tra-

bajo del contaminante ambiental que lorodea.De allí que se deje al equipo funcionandoininterrumpidamente, o bien si se inte-rrumpe su funcionamiento, se deben lavarsus superficies con una solución desinfec-tante antes de usarlo. Es importante elaseo del operador, y el uso de ropa ade-cuada, en general de tejidos sintéticos queno desprendan fibras.Es fundamental que la operación dentro deun flujo laminar sea cómoda y que los ma-teriales dispuestos sobre la mesa no pro-

voquen turbulencias sobre otros elemen-tos críticos.En la Figura 1 vemos una disposición co-rrecta de materiales sobre la mesa de flu-jo laminar. Nótese que pueden intercalarselas manos del operador entre elementos,sin que las manos ni los elementos pro-duzcan turbulencias sobre alguna zona crí-tica.En la Figura 2 observamos una buena ope-ración de ensayo de esterilidad de produc-tos en un laboratorio de control de cali-dad. Nótese como los elementos críticosestán sujetos a la corriente de flujo lami-nar sin entrar en turbulencias.

EL USO APROPIADODE LOS EQUIPOS DE FLUJO LAMINAR.PRECAUCIONES EN SU OPERACION

Figura 1: Disposición correcta de materialesen mesadaFigura 2: Ensayo de esterilidad con movimientoy disposición adecuada.

El desarrollo de los equipos deflujo laminar fue de fundamen-tal importancia para un sinnú-mero de aplicaciones, donde elmantenimiento del ambiente encondiciones de asepsia (libre decontaminantes biológicos y ae-rosoles) es imprescindible.

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Sin embargo, en la Figura 3 vemos comoel operador no sólo trabaja en una zonainadecuada (los materiales que se inter-ponen entre los filtros HEPA y la zona crí-tica interrumpen el flujo laminar generan-do turbulencias), sino que, además, el ope-rador comete un grave error al disponersu mano izquierda entre los filtros HEPA yel elemento crítico, con el que éste quedaubicado en una zona de turbulencias pro-vocada por la mano, que además es un ge-nerador de partículas contaminantes.La Figura 4 demuestra como dos operado-res trabajan con elementos críticos en unazona de turbulencias producida por tubosde ensayo dispuestos en su soporte, entre

los filtros HEPA y la zona de trabajo.Independientemente de su configuracióny tamaño, todos los equipos de flujo lami-nar horizontal tienen algo en común.Toda el área de pared sobre la mesadaestá formada por filtros HEPA. La mesa-da, el techo de luces y los vidrios o acrílicoslaterales constituyen guías para el despla-zamiento del flujo de aire en forma unidi-reccional (Figura 5).El aire ultrafiltrado se desplaza como unpistón dentro de un cilindro, barriendo porsu régimen laminar cualquier partícula ge-nerada en el interior del equipo. Todas lassuperficies son lisas, siendo la sección desalida de aire idéntica a la sección de fil-tros HEPA de entrada.La función del prefiltro es aumentar la vidaútil del filtro final. Se lo ubica en la secciónde entrada de aire al ventilador y es fun-damental cambiarlo cuando se acerca supunto de saturación.El ventilador centrífugo provee la poten-cia para mantener el caudal de aire cons-tante. Para ello se usan motores de velo-

cidad variable (se aumenta la velocidad amedida que se ensucia el filtro) o, de nocontar con estos motores, se opta por in-tercalar rejas de regulación de caudal quese irán abriendo a medida que aumente lacaída de presión en el filtro HEPA, por suensuciamiento. En el pleno, que es unacámara de presión, se distribuye la mis-ma, de manera de desplazar el aire uni-formemente, asegurando caudal y veloci-dad facial constante (Figura 5).

LIMITACIONESDEL FLUJO LAMINAR

Para su uso apropiado el usuario debe en-tender las limitaciones del flujo laminar.Estas son debidas a las turbulencias origi-nadas por los materiales y el operador, quepueden dar origen a contaminaciones:Turbulencias originadas porinterponer elementos entreel filtro HEPA y el productoOcurren cuando un objeto no es el que seinterpone. Un ejemplo obvio está ilustra-

do en la Figura 6. Partículas desprendidasde la mano pueden, en régimen turbulen-to, depositarse sobre el elemento estéril.La forma adecuada es la que se muestraen la Figura 7.Es importante que los objetos que debenser mantenidos estériles estén bajo flujolaminar en la zona más limpia, es decir enun plano paralelo al banco de filtros HEPAdispuesto a unos 10 cm del mismo. Hayque considerar que el aire más limpio esaquel que más cercano se encuentra albanco de filtros HEPA.Contaminación pormovimientos transversalesTengamos en cuenta que la corriente deaire en flujo laminar es una tenue brisa.La norma indica 90 pies por minuto ± 20pies/minuto, como velocidad de desplaza-miento de aire en régimen laminar, lo queequivale a aproximadamente 0,5 m/seg=1,80 Km/hora. Cualquier brusco movi-miento originado por el operador puededesplazar aire a una velocidad mucho ma-

Figura 3: Mal uso del flujo laminar por aglomeraciónde materiales e interposición de la mano del operadororiginando turbulencias sobre el elemento crítico.

Figura 4: Trabajo crítico bloqueado por tubos de en-sayo que provocan turbulencias sobre la zona crítica.

pleno

prefiltro

filtro

HEPA

Figura 5: Representación esquemática de mesada deflujo laminar Figura 6: La mano del operador se interpone entre elbanco de filtro y el producto. Figura 7: Operación manual correcta.

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Figura 13: Entrada de contaminante exterior a un equi-po por la zona de turbulencias cuyo cono llega al am-biente exterior.

Figura 14: Disposición adecuada de elementos en unamesada.

Figura 12: Turbulencia generada por elemento baña-do de un solo lado por el flujo laminar.

yor, transversal al flujo, lo que puede traercomo consecuencia que partículas en unestrato del flujo laminar se desplacen so-bre el producto estéril (Figura 8).La contaminación generada por partículasdesplazadas por corrientes de aire trans-versales al flujo, también pueden originar-se en el área circundante al flujo laminar,donde hay circulación excesiva de perso-nal o donde hay corriente de aire.El movimiento rápido de aire fuera del equi-po puede perturbar el flujo laminar y pro-ducir la entrada de contaminantes delambiente al equipo.

En la Figura 9 se produce una corriente deaire exterior que provoca la entrada decontaminantes al equipo.Contaminación aguasabajo del flujoTodo objeto colocado en una zona de flujolaminar genera una turbulencia en formade cono, que se recompone a flujo lami-nar, a 3 veces el diámetro del objeto en elsentido del flujo cuando el objeto está cir-cundando por flujo laminar y 6 veces el diá-metro del objeto cuando éste, estando co-locado en un extremo del equipo, está ba-ñado por el flujo laminar asimétricamente(de un lado solo).Lo anterior se ilustra en la Figura 10, dondese ve que la altura del cono de turbulenciases proporcional al ancho del objeto, en la

Figura 11 donde se observa que esta alturadel cono es 3 veces el ancho del objeto, yen la Figura 12 donde se ve que, en el casode un objeto situado en el extre-mo del equi-po, el cono de turbulencia tiene una altura6 veces el ancho del objeto.Veamos la consecuencia de tener un obje-to dentro del flujo laminar, cuyo cono deturbulencias tiene el vértice exterior alequipo, en la Figura 13.La turbulencia toma una forma desorde-nada de movimientos de aire, que originala entrada de contaminantes del ambienteexterior. Lo anterior se visualiza claramen-te generando humo debajo de la mesadade flujo laminar, el que se introduce en sen-tido contrario al flujo dentro del cono deturbulencias hacia el objeto.Estudios realizados con contadores demos-traron que es muy difícil obtener clase 100en el espacio limitado entre el borde exte-rior de la mesa y una línea paralela situa-da a 15 cm hacia el interior de la misma.

Los recuentos de partículas con que sehizo el experimento fueron realizadosdentro de la mesa a 15 cm de su borde yen consecuencia se llegó a una primeraconclusión: que ningún elemento debe sercolocado en esa área, más aún es conve-niente que los elementos estériles esténdispuestos alrededor de 10 cm de distan-cia del filtro HEPA, (como se ilustra en la

Figura 10: Esquema de turbulencias originadas por dis-tintos objetos

Figura 11: Altura de cono de turbulencias producidopor un objeto en una mesada de flujo laminar.

Figura 9: Perturbación de la corriente de aire en lamesada por otra corriente de aire exterior al equipo.

Figura 8: Perturbación del régimen laminar por movi-miento transversal violento del operador.

filtro HEPAobjeto

flujolaminar

x3

turbulen

cia

flujolaminar

filtro HEPAflujo

objeto objeto objeto

turbu

lencia

turbu

lencia

turbu

lencia

filtro HEPA

flujolaminar

x6

flujo flujo flujo

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Figura 14). Como método más seguro, de-be considerarse que ningún elementodentro del flujo debe tener el vértice delcono de turbulencias fuera del mismo.Más aún, se aconseja para extremar pre-cauciones que los vértices de los conosde turbulencias no sobrepasen la líneaimaginaria dispuesta paralela al borde, a15 cm del mismo. De esta manera se ba-jará al mínimo el riesgo de entrada decontaminantes externos.La empresa The Baker Company Inc. deSanford Maine desarrolló un equipo de flu-jo laminar único en reducir el riesgo deentrada del contaminante exterior. Esteequipo tiene una serie de perforaciones alo largo del perímetro de la superficie detrabajo y en los costados de la unidad,como se ve en la Figura 15.El aire es aspirado por una depresión in-terior al gabinete a una velocidad de 360m/min por el ventilador, e impulsada lue-go a través del filtro HEPA.

Este flujo de aire, bajo fuerte presión ne-gativa, tiende a absorber los aerosolesantes que penetren al área de trabajo porlas zonas de turbulencias originadas porlos objetos dentro de la mesada.Corriel y Mc Garrity compararon recuen-tos de partículas en mesas de trabajoEdgegard, donde existían conos de turbu-lencias cercanos al borde de una mesa deflujo laminar con las perforaciones abier-tas y luego con las perforaciones cubier-tas por una cinta plástica. Los recuentostomados en la campana, o en la mesa Ed-gegard cuando las perforaciones estabanabiertas, variaron de ser entre un 84 % a99 % menores que los recuentos toma-dos con las hendijas tapadas (Figura 16),donde se ve que el humo generado en elexterior de la mesa de trabajo es succio-nado por el borde perforado de la misma.Si comparamos ésta con la Figura 13 po-demos apreciar a simple vista la diferen-cia.

Procedimientos para el uso de losequipos de flujo laminar horizontalA continuación damos una serie de reco-mendaciones prácticas para el uso adecua-do del flujo laminar.n Es primordial limpiar la superficie de tra-bajo del equipo con una solución de isopro-panol al 70%, utilizando para la limpiezauna esponja o tela de material sintético queno desprenda fibras. Si el equipo no fun-ciona las 24 horas, durante el tiempo deparada, aerosoles ambientales pueden de-positarse sobre su superficie. Este proce-dimiento de limpieza es elemental paraeliminar contaminantes (Figura 17).n Poner en marcha el ventilador y mante-ner el equipo en funcionamiento antes deempezar el trabajo. Esto permite eliminar

todo riesgo de aerosoles ambientales enel interior del equipo. En muchos casos hayusuarios que mantienen los equipos en fun-cionamiento 24 horas por día evitando lanecesidad de este procedimiento.n El personal debe usar ropa adecuada,tal como chaqueta de tela sintética y co-fia. Si bien en ciertas empresas se reco-mienda el uso de barbijo, no lo considera-mos necesario mientras se tenga la pre-caución de no hablar, toser o estornudarcon la cara orientada hacia el equipo.n En lo posible todos los productos no es-tériles introducidos en el equipo deben serlavados o desinfectados con soluciones deisopropanol al 70% antes de ser ubicadosdentro del flujo laminar. Este procedimien-to reduce la posibilidad de contaminaciónpor contacto o por el posible desprendi-miento de partículas de superficies conta-minadas (Figura 18).n Es fundamental un buen lavado de ma-nos y uñas antes de la operación.n Debemos recordar que es convenienteubicar los elementos estériles en un planoparalelo al del banco de filtros HEPA, a unadistancia aproximada entre 8 y 10 cm delmismo y con separación entre los elemen-tos que permita intercalar las manos, comose ilustra en la Figura 19.n Recordamos una vez más que el vér-

Figura 15: Detalle de las hendijas de succión perimetralde un equipo Edgegard de The Baker Co Figura 16: Efecto de las hendijas del equipo Baker enla succión de contaminante exterior

Figura 19: Disposición correcta de elementos dentrode la mesada

Figura 17: Limpieza del equipo previo a su funciona-miento

Figura 18: Limpieza de superficies de elementos an-tes de ser introducidas al flujo laminar

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tice del cono de turbulencias no supere lalínea de 15 cm (6��), dispuesta paralela alborde exterior de la mesa de trabajo, se-gún se ve en las Figuras 20 y 21.n En los casos donde por el tipo de ope-ración se deban introducir equipos o ele-mentos que se interpongan entre el bancode filtros HEPA y los elementos críticos,es fundamental que los equipos sean in-troducidos dentro de la mesada, tan lim-pios como sea posible, para prevenir eldesprendimiento de bacterias o partículasde los mismos (Figura 22).n No efectuar movimientos bruscos den-tro del flujo laminar es algo de extremaimportancia, no sólo por la perturbacióndel flujo de aire, sino además, por la gene-ración de aerosoles por el operador (Fi-gura 23).n Es importante evitar el uso de elemen-tos puntiagudos apuntando hacia el filtro

HEPA, por la posibilidad de perforar sumedio filtrante, que es sumamente frágil.n Evitar hablar mirando hacia el flujo, to-ser y estornudar.n El uso de cosméticos debe ser evitado,particularmente el polvo facial, esmalte deuñas, sombras, etc., que pueden despren-derse en forma de aerosoles.n Debe evitarse el uso de papel, telas, lá-pices y cinta adhesiva dentro del área detrabajo, por ser éstos elementos que ge-neran contaminación por desprendimien-to de partículas (Figura 24).Más aún, la cantidad de estos materialescercanos al área del flujo laminar debe sermantenida tan baja como sea posible.n No usar el techo del equipo del flujolaminar para almacenar materiales, queoriginarán no sólo desprendimientos departículas sino movimientos de personalinnecesarios (Figura 25).

n Mantener las actividades del personalen el área a un mínimo.n Evitar la entrada de personal no autori-zado a la cercanía de equipo.n El fumar en las áreas cercanas al flujolaminar está prohibido.n Mantener una rutina para el cambio delos prefiltros. Si como en algunos casoséstos se saturaran, provocarían una caí-da de presión tal que reduciría el caudalde aire a través del filtro HEPA, bajando lavelocidad de desplazamiento por debajo dela admitida por la norma.n Verificar periódicamente la velocidad delflujo laminar con un anemómetro de ter-mocupla.n Hacer el ensayo de integridad de los fil-tros HEPA cuando el equipo se instala,cuando el equipo se muda, cuando setransfiere a otra sección, o cuando ha te-nido algún golpe, pues todas esas opera-

Figura 25: Mal uso de flujo laminar como depósito demateriales

Figura 26: Chequeo de integridad de filtros HEPA confotómetroflujolaminar

filtro HEPA

turbulencia

15 cm (6��) 15 cm (6��) 15 cm (6��) 15 cm (6��)

Figuras 20 y 21: Disposición correcta de elementos de manera tal que el vértice del cono de turbulencias no sobrepa-se la línea de 15 cm de distancia al borde

flujolaminar

flujolaminar

flujolaminar

filtro HEPA

turbulencia

Figura 23: Ejemplo de incorrecto movimiento del ope-rador

ciones pueden provocar pérdidas en el fil-tro HEPA o en el burlete del mismo. Ade-más, es conveniente el chequeo de inte-gridad de acuerdo a la Norma IES con unaperiodicidad que puede variar entre 6 me-ses y 1 año (Figura 26).El cumplimiento, que por demás es muysimple de los requerimientos anteriores,asegurará un trabajo con muy buenos már-genes de seguridad, extrayendo el máxi-mo provecho de los equipos

Figura 24: Material innecesario en mesada

Figura 22: Los equipos que se interponen entre los fil-tros HEPA y los elementos críticos deben introducirselimpios y desinfectados a la mesa antes de la opera-ción

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ara cualquier sistema de ventila-ción y aire acondicionado de am-bientes de producción, debemosconsiderar tres fuentes de conta-

minación:1) el aire exterior;2) el personal;3) el proceso productivo.Para ello, debemos recordar que el am-biente exterior puede estar contaminadocon hasta 107 partículas mayores que 0,5µm, por metro cúbico (1000/litros). De allí,la importancia del filtrado en el tratamientodel aire exterior. Con todo, se debe teneren cuenta que es necesaria una cantidadde 15 pies cúbicos/hora (15 ft3/min, equi-valentes a 25 m3/hora) de aire exterior,por persona, como mínimo.En los tratamientos de ventilación y aireacondicionado, el aire en el ambiente serecircula entre 8 y 25 veces, dependiendode las condiciones ambientales. Porrecirculación se entiende la cantidad devolúmenes de aire del ambiente que serecirculan en una hora. Normalmente, en-tre 10% y 20% de aire exterior se inyec-

ta al aire que recircula. Por ejemplo: paraun ambiente de 10 m de largo x 5 m deancho x 3 m de alto = 150 m3, doce recir-culaciones/hora darían 1800 m3/h = 30m3/min. Si hubiera una entrada de aireexterior de 15 %, resultaría que 270 m3/hora corresponderían al aire de renova-ción, o aire exterior. Entonces, habrían enrealidad 1530 m3/h + 270 m3/h de reno-vación.Lógicamente, para que sea efectiva, la ven-tilación debe llegar a todas partes delambiente, debiéndose evitar las áreas es-tancadas, donde el aire no se renueva. Labuena distribución del aire es necesaria;el aire exterior puede traer contaminan-tes, como partículas, humos y gases.Son recomendables los filtros de partícu-las con prefiltros del 25% y filtros finalescon un mínimo de 80-85% de eficienciaASHRAE.Los gases se eliminan con filtros de car-bón activado.La contaminación interior puede deberseal personal, dado que los seres humanossomos generadores de partículas.

En función de su movimiento, un ser hu-mano puede generar desde 100.000 par-tículas/minuto, en reposo, hasta 1,5 x 106partículas/minuto con movimientos conti-nuos de todo el cuerpo.Agentes de limpieza, rozamientos mecáni-cos, roces de botellas y frascos o envasesplásticos en cintas transportadoras, etc.son también generadores de partículas.Las ropas del personal deben ser de ma-terial que no desprenda fibras.Microorganismos en aireCabe destacar que la proporción de aero-soles portadores de microorganismos au-menta en los ambientes cerrados dondehay gran concentración de personas. Lacantidad de aerosoles portadores de mi-croorganismos puede variar desde 1/1000hasta 1/105 en relación con el total de par-tículas. Estos datos son sólo de referen-cia, pues hay casos como los de plantasindustriales en zonas rurales del interiordel país, donde la concentración de partí-culas de tierra es normalmente portadorade hongos.

La mayor concentración de bacterias se daen partículas de tamaño entre 2 y 5 µm.Las partículas portadoras de hongos y loshongos son bastante mayores, con tama-ño entre 4 y 10 micrones.Contaminación en el sistemade aire acondicionadoLas serpentinas de enfriamiento del aireacondicionado pueden ser un importantefactor de contaminación bacteriana porcuanto ellas, como todo sector donde secondense agua, pueden resultar ser uncaldo de cultivo. No olvidemos que la en-fermedad de los legionarios tuvo su origenen el agua estancada en el sistema de aireacondicionado, que luego dispersó gérme-nes en aerosol en el aire distribuido.El uso de aislantes fibrosos en los conduc-tos del aire acondicionado puede tambiénser fuente de contaminación bacteriana,igual que los filtros inadecuados. Los fil-tros de aire atmosférico de baja eficienciapueden sin embargo retener fibras que asu vez, junto con la tierra, forman un lechode cultivo, con crecimiento de microorga-

CONTROLDE CONTAMINACIONEN AMBIENTES DE PRODUCCIONDE ALIMENTOS Y BEBIDAS

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nismos que pueden penetrar y ser arras-trados por el aire a las áreas ventiladas.De allí la importancia del uso de filtros ade-cuados, como los que tienen alta eficien-cia ante partículas portadoras de micro-organismos.Algunos fabricantes, utilizan, además me-dios filtrantes cuyas fibras tienen un tra-tamiento bacteriostático, que hace que elfiltro resulte un medio inhibidor del creci-miento de bacterias y hongos.En los casos en que el aire exterior estécontaminado con gases, se deberán usarfiltros de carbón activado, para la elimina-ción de los mismos, por adsorción.Filtrado demicroorganismos en aireDeker y Buchaman, del departamentoArmy Chemical Corps, Fort Detrick, Mary-land, USA, publicaron en 1962 un informetitulado “Air Filtration of Microbial Parti-cles” , donde describían la eficiencia de di-versos filtros empleados en aire acondi-cionado, para retener aerosoles microbio-lógicos. Este informe completaba el “Sam-pling Microbiological Aerosols” , publicadoen 1959 por el USA Department of HealthEducaion and Welfare. Los informes coin-cidían en mostrar que filtros HEPA de99,97% en DOP de 0,3 µ son de eficienciamuy superior cuando se trata de filtrar mi-croorganismos en aire. Más aún, se de-mostró que filtros de 95% ASHRAE tieneneficiencias de retención de microorganis-mos superiores al 99%.Para simular la existencia de virus en aire,cuyo tamaño puede estar entre 0,01µm y0,1µm, se aerosolizaron fagos de Esche-richia coli T1 y se vió que la penetraciónde los mismos en un HEPA era en variosordenes menor que la penetración deDOP de 0,3µm. Años después, el Dr.

Masayoshi Furuhashi, del Centro de Ope-raciones de la Facultad de Medicina de laUniversidad de Tokio, realizó ensayos defiltros con aerosoles de microorganismoscomo Estafilococos dorados y Serratiamarcescens.Los filtros HEPA retuvieron el 100%, losfiltros de eficiencia ASHRAE de 95% retu-vieron 99,95%, los de ASHRAE 85% retu-vieron más del 99%, mientras que los fil-tros de 75% ASHRAE retuvieron un 91%de los aerosoles biológicos.Se llega así a la conclusión que el uso delos filtros de eficiencia ASHRAE de 85% a95% es bueno para retener microorganis-mos en aire. Estos filtros, en la denomina-ción europea, equivalen a EU de 7 a 9. Sinembargo debe tenerse en cuenta que sólolos HEPA son de retención 100%.Recomendaciones para el usode filtros de aire enelaboración de alimentosCuando se desea la eliminación de hongos,recomendamos usar dos etapas de filtrosde aire: la primera, EU 4, o 30% ASHRAE,que actúa como prefiltro de la segunda,de eficiencia de EU6 a EU7, es decir de65% a 75% ASHRAE. Cuando se trata dereducción de bacterias y levaduras, sedebe utilizar también prefiltro de eficien-cia ASHRAE 30%, con un filtro final de efi-ciencia ASHRAE 95%.En casos de que se requiera tener seguri-dad de la eliminación total de bacterias,hongos y levaduras, se deberán usar fil-tros HEPA, como módulos terminales enlos cielorrasos o a la salida de los conduc-tos de aire, evitando la contaminación ge-nerada en ellos.En áreas de envasado de productos comoyogurt, leche chocolatada, productos azu-carados y aún bebidas, que se deben man-

tener estériles, se utiliza flujo laminar ver-tical, aplicado sobre la máquina llenadora.Medios filtrantes recomendadospara alimentos y bebidasComités de la F.D.A., que prohibieron hacemás de 25 años el uso de fibra de amiantoen las placas de filtros prensa utilizadosen filtración de líquidos, han mostrado pre-ocupación por el uso de filtros de micro-fibra de vidrio por cuanto la fragilidad dela misma puede hacer que, quebrada en elmedio filtrante, se desprenda del mismo,entrando en la corriente de aire filtrado.No se deben confundir los filtros de micro-fibras de vidrio de bolsas con medios noaglomerados, con los filtros HEPA que,siendo también compuestos por microfi-bras de vidrio, están fabricados con pape-les en los cuales las microfibras están uni-das entre sí por resinas, formando un me-dio consistente del cual no hay desprendi-miento.Reproducimos a continuación un artículoescrito por Bo Engvall, de la firma Scand-filter (Suecia), aparecido en la revista RCIItalia. Riscaldamento, Climatizzazione,Idronica, en marzo de 1994:

FIBRAS SINTETICASPARA LA FILTRACION

La tecnología de materiales filtrantes y defiltros para aire acondicionado ha tenidosu desarrollo más interesante en los Es-tados Unidos, sobre todo a partir de laSegunda Guerra Mundial. También hoy endía, los norteamericanos son los mayoresproductores de materiales filtrantes y defiltros, así como son desarrollos norteame-ricanos los métodos para determinar laeficiencia de los mismos.La determinación de la eficiencia, con mé-todos aceptados y repetibles, permite cla-

sificar los filtros según sus resultados. Deun examen de la clasificación de los di-versos filtros y del estudio de la documen-tación de los fabricantes de medios fil-trantes, se puede verificar que, para ob-tener eficiencias superiores, por muchotiempo se ha actuado sobre el diámetrode las fibras y la densidad de los mate-riales.Fibras más finas permiten obtener mate-riales filtrantes más eficientes, así como,a paridad de dimensiones de las fibras, alaumentar la densidad, se obtienen eficien-cias superiores.El vidrio es la materia prima que permiteobtener industrialmente fibras y la indus-tria de las fibras de vidrio ha tenido, sobretodo en Estados Unidos, un desarrollo no-table.En la construcción de los filtros se debenconsiderar, además de la eficiencia, las ca-racterísticas de permeabilidad y resisten-cia mecánica.Filtros terminados construidos con mediofiltrante de microfibras de vidrio requie-ren superficies amplias y técnicas cons-tructivas aptas para robustecer, separary sellar los numerosos planos filtrantes.El desarrollo de nuevasfibras sintéticasA partir de la década del �60, la reconoci-da exigencia de un control siempre me-jor de la calidad del aire en los ambien-tes cerrados y el extraordinario desarro-llo de la tecnología de las fibras sintéti-cas han llevado a resultados importantes,especialmente, en industrias europeas.Esta evolución ha tenido una aceleraciónen los años �70 y hoy la ingeniería de ma-teriales y la productiva están bien conso-lidadas.La moderna tecnología de las fibras sin-

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téticas ha producido materiales con ca-racterísticas positivas, como: alta resis-tencia a la tracción y a la compresión; va-riedad de formas de sección transversal;diversos tipos de superficie de fibras;mezclas finas y gruesas y estabilidad quí-mica. Del mismo modo, las modernas tec-nologías de producción de no tejidos per-miten producir materiales filtrantes ca-racterizados por: orientación controladade las fibras; densidad variable del ma-terial, mezcla de fibras, materiales sinligantes (100% fibras) y materiales com-puestos. Gracias a estas nuevas tecnolo-gías, se pueden hoy fabricar mediosfiltrantes basados en fibras sintéticas conelevadas cualidades de filtración (ver Fi-guras 1 y 2).También, para la construcción de los fil-tros, como para otros sistemas comple-jos, vale el principio de que el eslabón másdébil de la cadena tecnológica es lo quedetermina la resistencia máxima del sis-tema.Un filtro de microfibras de vidrio debe serproyectado sobre la base de una gran su-perficie, para obtener el efecto filtrantedeseado. El filtro así construido deberá te-ner uniones espaciadoras, para mantenersu forma, y estas uniones deben ser sella-das, para dar al filtro las necesarias rigi-

dez y estanqueidad.En cambio, con un material filtrante sinté-tico se pueden realizar versiones cosidaso soldadas.Los filtros de bolsas de medios sintéticostienen menor número de espaciadores yéstos son soldados, lo que les da elevadaseguridad en cuanto a no tener pérdidasde aire por las costuras. Por otro lado, labolsa soldada es más robusta debido a lassoldaduras perimetrales, que la hacen au-toportante. Esto resulta importantísimo eninstalaciones con funcionamiento intermi-tente, o de caudal variable.Los filtros que no son autoportantes sedesinflan o caen cuando el caudal de airecesa, lo que afecta negativamente los re-sultados.En definitiva, el sector de medios filtrantesy filtros certifica que las innovaciones tec-nológicas permitan soluciones que mejo-ran las condiciones de uso tradicionalmen-te aceptadas.Filtros y seguridad de usoEl problema de la seguridad se ha debati-do por más de una década. Las discusio-nes sobre este tema tuvieron su origen enestudios científicos efectuados por dos in-vestigadores alemanes Pott y Muhle: laFigura 3 muestra las curvas de riesgo ela-

boradas por los dos investigadores. Suobjetivo era establecer el riesgo para lospulmones, ligado a las dimensiones de lasfibras (diámetro y longitud). A este ries-go, los dos investigadores lo llamaron can-cerígeno. A continuación de este estudio,la WHO (World Health Organization) IARCclasificó las MMMF (fibras minerales pro-ducidas por el hombre) en el Grupo 2B, osea como materiales posiblemente cance-rígenos (o de los cuales no se puede ex-cluir el efecto cancerígeno). En algunosambientes hubo una violenta reacción y sehicieron grandes esfuerzos para demos-trar que esta clasificación no tenía funda-mento y estaba basada en falsos supues-tos.En la producción de microfibras de vidrioestán implicados grandes intereses indus-triales, que se han visto amenazados.Todos los filtros de aire con microfibrasde vidrio, por ejemplo, entran en este gru-po de productos, no así los filtros de fi-bras sintéticas, que no son alcanzados porla clasificación de la WHO. En Alemania,

las autoridades dedicadas a la determina-ción de los valores límites, conocidos comoMAK, decidieron en septiembre de 1992aumentar la severidad respecto de algu-nos materiales, las microfibras de vidrio,entre ellos.La nueva clasificación, que se refiere amateriales cancerígenos, está definidacomo Mak K 111 B.Es difícil establecer cuáles serán las con-secuencias de esta decisión, pero éstapodrá poner sobre el tapete el uso de ma-teriales basados en microfibras de vidrio.Durante el desarrollo de un nuevo mate-rial filtrante hecho con fibras sintéticas yproducido por una sociedad sueca, se en-cargó al Instituto Nacional Sueco de En-sayos una investigación sobre el riesgo dedesprendimiento de fibras de varios de losmateriales filtrantes en distintas condicio-nes operativas.Los productores de materiales de micro-fibras de vidrio afirmaron que esta even-tualidad está limitada al primer período deuso de los filtros, pero que el fenómeno

Figura 2: Detalle de la superficie de una fibra sintéticaFigura 1: Medio filtrante de fibras sintéticas

Figura 3: Curva de riesgo según Pott y Muhle

1,25 2,5 5 10 20 40Longitud (µ)

100806040200

Factor

cancerí

geno

0,031 0,0625 0,125 0,25 0,5 1,0 2,0

Diámetro (µ)

510

2525

105

3075

10010075

405

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Filtro en ensayo Filtro de fibras sintéticas

Continuo (Q=3405 m3/h, promedio 0-26h)

Aguas arriba Aguas abajoFibras / m3 Fibras / m3

445 22500,2 38

Intermitente (Q=3481 m3/h, max 0-360 ciclos)

Aguas arriba Aguas abajoFibras / m3 Fibras / m3

0,8 48400<0,2 22400

Tipo de ensayo

Período de prueba0 - 2 h2 - 26 h

Tipo de ensayo

Período de prueba0 - 60 ciclos

300 - 360 ciclos

Filtro en ensayo Filtro de microfibra de vidrioTabla 1: Resultados de la medición de desprendimientode fibras

Continuo(Q=3398 m3/h, promedio 0-26h)

Aguas arriba Aguas abajoFibras / m3 Fibras / m3

6 4< 0,2 1

Intermitente(Q=3473 m3/h, max 0-360 ciclos)

Aguas arriba Aguas abajoFibras / m3 Fibras / m3

5 54 2

Tipo de ensayo

Período de prueba0 - 2 h2 - 26 h

Tipo de ensayo

Período de prueba0 - 60 ciclos

300 - 360 ciclos

disminuye con el paso del tiempo, estandoel filtro en uso.Se programó un estudio experimental endos estaciones operativas distintas, en unaen servicio continuo y otra en servicio in-termitente.Se ensayaron dos tipos de medio filtrante:uno, de microfibra de vidrio y otro, de fi-bras sintéticas. El esquema del ensayo serepresenta en la Figura 4 y los resultadosse reproducen en la Tabla 1.Se puede observar que hubo desprendi-miento de fibras durante el uso continuode los filtros multibolsa de microfibra devidrio y que este fenómeno aumenta nota-blemente durante el intermitente uso.El comentario del Instituto Nacional de En-sayos puntualiza que la gran cantidad defibras de vidrio muy finas desprendidas,con diámetros de entre 0,5 y 2µm, es depreocupar, dado que en estos tamaños sonrespirables. Durante las pruebas de los fil-tros de fibras sintéticas, no se verificó des-prendimiento

PrefiltroFiltro HEPA

2.5 M1.5 1.5

CaudalímetroFiltro de ensayo

Filtros depolicarbonato Tubos deTeflónRotámetros

Caudalímetros

Bombas

Figura 4: Aparato de prueba para la medición del desprendimiento de fibras

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BIOSEGURIDADY FILTRACION DE AIRE

cuanto al medio de transmisión.Las infecciones por causas conocidas sonen su mayoría originadas por accidentesque son consecuencia de alguna forma decontacto directo, como inoculación o inges-tión. Más difíciles de reconocer son las cau-sas originadas por aerosoles patógenosgenerado por pipeteo, transvasado, cen-trifugación y manipulación de cultivos.El reconocimiento del peligro de las en-fermedades e infecciones adquiridas enel laboratorio ha llevado a la necesidadde desarrollar métodos, procedimientosy equipos para llevar a un mínimo la ex-posición del operador a agentes infeccio-sos conocidos o potencialmente peligro-sos.Con el desarrollo de la ingeniería genéticay los laboratorios de bioingeniería y ADNrecombinantes, la necesidad de equiposconfiables de bioseguridad se ha incre-mentado al máximo en especial en labora-torios donde se trabaja con agentes exóti-cos. La necesidad de aislación de los mis-mos con el ambiente exterior ha llevado alequipamiento de bioseguridad a cumplir

con condiciones extremas.Sin ir mas lejos, en nuestro país la erradi-cación de la fiebre aftosa hace que los la-boratorios donde se trabaja con dicho vi-rus sean sometidos a exigencias máximas.En casos de precauciones extremas se ins-talan dos filtros HEPA en serie evitándoseel riesgo potencial de pérdidas por acci-dente en uno de ellos.Actualmente se fabrican filtros ULPA (Ul-tra Low Penetration) definidos con eficien-cias del 99.999% y 99.9999% en 0,12micrones. Se ha verificado que el aerosolde mayor penetración no es como se creíade 0,3 sino de 0,12 micrón, pero las dife-rencias de penetración no son substan-ciales, razón por la cual sigue utilizándosela vieja definición de filtro HEPA. La selec-ción de equipos por sus clases I, II y IIIse hace en función de su riesgo, basándo-se en la monografía del NIH (NationalInstitute of Health) y del C.D.C. (Conter fordisease control) en EEUU, con agentes deriesgos de Niveles 1, 2, 3, y 4 siendo elnivel 1 de mínimo riesgo y el 4 de máximoriesgo.

n Nivel de riesgo 1: Agentes biológicosde los que no se conoce como causantesde enfermedades en adultos sanos. No serequiere generalmente equipos de segu-ridad biológica.n Nivel de riesgo 2: Agentes asociadoscon enfermedades humanas. Peligrosaspor: Autoinoculación, ingestión, mucosas.Prácticas: Uso de equipos de seguridadbiológica clase I ó clase II.n Nivel de riesgo 3: Agentes biológicoslocales o exóticos con posibilidad de con-taminar por transmisión por aerosolesenfermedades que puede tener conse-cuencias graves.n Nivel de riesgo 4: Agentes extremada-mente peligrosos y/o exóticos, que pue-den transmitirse por aerosoles.En la práctica se utilizan únicamente equi-pos de seguridad Clase III (cajas de guan-tes) con cuidados extremos con el perso-nal, incluyendo a veces ropas con escafan-dras con presión positiva. Se requiere es-terilización de todos los residuos por au-toclave o incineración y cambios de ro-pas esterilizadas.

USO Y APLICACIONDE LOS EQUIPOSPARA PROTECCIONDEL OPERADORY DEL AMBIENTE

En los laboratorios de investigación bacte-riológica y de virología, se efectúan traba-jos con materiales peligrosos para la sa-lud, como cultivos de patógenos, virus, pro-ductos biológicos desconocidos en cultivode tejidos, materiales cancerígenos, etc.En producción farmacéutica se trabaja conproductos oncológicos, hipnóticos,etc. quedemandan la protección del operador y delambiente.Para lo anterior se utilizan diferentes equi-pos de seguridad biológica definidos se-gún sean para la protección del operadory del ambiente de laboratorio solamente,o también para preservar al producto o cul-tivo del contaminante ambiental, mante-niéndose entonces un doble compromiso.Hay que considerar el hecho de que en un30% de los casos las causas de las infec-ciones adquiridas son desconocidas en

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Barrera primaria

Barrerasecundaria

EL AMBIENTEDE LABORATORIODE BIOSEGURIDAD

A diferencia de las áreas limpias utiliza-das para llenado aséptico en la industriafarmacéutica, que se encuentran en zonascon inyección de aire por filtro HEPA y pre-sión positiva para evitar la posibilidad deentrada de contaminantes a la zona lim-pia, donde se trabaje con patógenos se de-berá estar con presión negativa.La idea fundamental es que en toda ope-ración, sea de manipuleo, transvasado,agitación, centrifugación o pipeteo, habráuna generación de aerosoles (Figura 1).Cuando se trate de patógenos, deberáevitarse la posibilidad de su salida al ex-terior por el riesgo que ello implica. Paraello el gabinete de seguridad biológica,que llamaremos de primera barrera, de-

berá ser instalado en ambientes de labo-ratorio que llamaremos de barrera secun-daria. Dichos ambientes como habíamosmencionado previamente, amén de pre-sentar superficies lisas en paredes y pi-sos (con zócalos redondeados) que faci-liten su limpieza y desinfección, deberántener una extracción de aire a través defiltros HEPA, tal que provoque un ambien-te de presión negativa. Se evitará el es-cape al exterior de aerosoles en caso dealgunas aperturas, accidentes o pérdidas(Figura 2).La mayoría de los gabinetes de seguridadbiológica fueron utilizados para aislar alexperimento del investigador. Los equiposde aislación de áreas limitadas construi-dos fueron llamados Clase I, II y III porlos laboratorios biológicos del ejército delos EEUU establecidos en Fort Detrick, losque hicieron la mayor parte del trabajo dedesarrollo de los mismos.

EQUIPOS CLASE ILos gabinetes de seguridad Clase I sonbásicamente campanas de extracción deacero inoxidable que usan un caudal deaire que se dirige del ambiente hacia lamesa de trabajo y de allí a un extractor

con filtros HEPA, de manera de evitar lasalida de aerosoles al ambiente del labo-ratorio.La mayor desventaja del gabinete ClaseI, es que los materiales en experimenta-ción son expuestos a los contaminantesambientales que entran al gabinete conel aire ambiente. Más aún, el hecho deque el régimen de desplazamiento del airesea turbulento, hace posible la contami-nación cruzada dentro del gabinete (Fi-guras 3 y 4).Los gabinetes Clase I son de seguridadparcial para trabajos con agentes de ries-gos bajos o moderados, donde hay una ne-cesidad de aislación para el ambiente y eloperador pero no para el producto.Permítasenos subrayar una vez más queel gabinete no aisla a los cultivos y mate-riales en experimentación de los conta-minantes del aire ambiente del laborato-rio.La mayor diferencia entre los equipamien-tos Clase I y las campanas de extracciónde humos se debe al filtro HEPA, que es elelemento fundamental para evitar el es-cape de aerosoles al ambiente. La protec-ción del personal se hace posible por elmovimiento constante de aire del opera-

dor hacia el gabinete.Como se muestra en el esquema de la Fi-gura 3, el flujo controlado de aire en el áreade trabajo evita la salida de los contami-nantes por la abertura frontal dando pro-tección al personal. Siendo el flujo de aireinducido por un motoventilador centrífugoque extrae el aire del gabinete, se generauna presión negativa dentro del mismo,evitando la salida del aire contaminadohacia el ambiente exterior.La Figura 5 muestra una cabina Clase I quea continuación del filtro HEPA tiene en laextracción un filtro de carbón activado parala eliminación de gases contaminantes queno son eliminados por el primero.

EQUIPOS CLASE IIEs de extrema importancia considerar den-tro de los equipos de seguridad biológicalos Clase II. En éstos se combinan dosnecesidades o características: Se protegeal producto del operador y del ambiente; yse protege al operador y al ambiente delproducto.El equipo Clase II es de flujo laminar ver-tical pero el porcentaje del aire se recir-cula dentro del gabinete extrayéndose elresto por un filtro HEPA. La cantidad de

Figura 1: Típica generación de aerosoles

Figura 5: Cabina Clase I con extracción por filtro HEPAy de carbón activado

Filtro de carbón activadoFiltro HEPA

100 lfpm

Aire de extracciónFigura 2: Barrera primaria / barrera secundaria

Filtro HEPA

22 ms/min

Clase I

Figura 3: Equipo Clase I Figura 4: Control de aerosoles en gabinetes Clase I

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aire extraído es equivalente al caudal deaire de entrada en forma de cortina queaisla el ambiente del gabinete del ambien-te exterior. Una de las diferencias funda-mentales del equipo de seguridad bioló-gica Clase II vs. los equipos comunes deflujo laminar, es que éstos (sean de flujohorizontal o vertical) no aislan de ningúnmodo al ambiente de laboratorio de losaerosoles generados por el producto quelos impulsa por la corriente de aire esté-ril. Si bien todos los equipos de seguri-dad biológica Clase II son de flujo lami-nar vertical, la inversa no es necesaria-mente cierta.Hay equipos de flujo laminar vertical paraprotección del producto que no protegenni al operador ni al ambiente como semuestra en la Figura 6.

GABINETES DESEGURIDAD BIOLOGICA

Tipos de gabinetesDesde el desarrollo de los primeros gabi-netes Clase II, las modificaciones en losdiseños ha llevado a la designación de va-rios tipos de los mismos. Esta clasificaciónha originado una cierta confusión entre losusuarios, que trataremos de disipar enforma simple a continuación.Es importante que el usuario que debe se-leccionar un gabinete, y en la mayoría delos casos hacer la especificación que co-rresponde para su compra o licitación,sepa elegir el equipo más adecuado parasu trabajo. De allí la importancia del cono-cimiento de las distintas alternativas.Como ejemplo de la confusión, siendo losequipos de seguridad biológica Clase II deflujo vertical, en varias oportunidades sehan hecho especificaciones en donde loúnico que se menciona es “gabinetes de

flujo laminar vertical” , sin dar las caracte-rísticas y especificaciones de los equiposClase II que tienen normas reconocidasinternacionalmente como las NIH 03/112y la NSF 49.Errores groseros, como el mencionadoanteriormente, han resultado en la aplica-ción de gabinetes de flujo laminar comúnsin ninguna protección para el operadorni para el ambiente. En ese caso el flujo deaire se transforma en el vehículo de losaerosoles patógenos hacia el exterior delmismo.La más práctica y entendible clasificaciónde los gabinetes Clase II es la que se des-cribe en la Tabla 1.

Todos los equipos Clase II tienen en co-mún la succión por una reja perforada queinduce una cortina de aire, impidiendo laentrada o salida de aerosoles por la aber-tura frontal del equipo. La abertura fron-tal es de aproximadamente 20 cm a lo lar-go de la mesa de trabajo (Figura 7).Las grandes diferencias entre estos equi-pos consisten en el porcentaje de aire re-circulado y el aire de extracción.En casos de generación de gases y vapo-res que no son retenidos por el filtro HEPAserá necesario que la recirculación del airesea mínima o nula, porque de lo contrarioaumentará la concentración gaseosa en lazona de trabajo. Por otro lado también es

importante definir la salida del aire de ex-tracción.Cuando se generan vapores o gases esnecesario que el filtro de extracción estéconectado al exterior del edificio por con-ductos, para no contaminar el ambiente dellaboratorio.Los equipos tipo A pueden estar conecta-dos al exterior del edificio o tener la extrac-ción al ambiente del laboratorio. En cam-bio, todos los equipos tipo B tienen extrac-ción al exterior del edificio.Extracción vs. RecirculaciónLas mayores diferencias entre el tipo A, eltipo B y los gabinetes 100% extracción se

Figura 6: Equipos de flujo laminar vs. equipo de seguridad biológicaFiltro laminar horizontal Flujo vertical

Equipo deseguridad

biológica deflujo vertical

Figura 7FiltroHEPA deextracción

Pleno

Mesa detrabajo

FiltroHEPA deinyecciónReja deentradafrontalAbertura deaccesotípicamente20cm (8��)

Reja perforada

A 70 % recirculación30 % extracción

B1 30 % recirculación70 % extracción

B2 0 % recirculación100 % extracción

B3 70 % recirculación30 % extracción

Clase II tipo

Clase II tipo

Tabla 1 Tabla 2Tipos de Porcentaje Porcentaje Extracción de RequerimientosClase II de aire de aire flujo de aire para la extracción

recirculado extraídoTipo A 70 % 30 % Desde pleno común Al ambiente o al exteriorTipo B1 30 % 70 % Directo desde la parte Debe ser evacuado al exterior

de atrás del área detrabajo.

Tipo B2 0 % 100 % Directo desde el Debe ser evacuado al exteriorárea de trabajo.

Tipo B3 70 % 30 % Desde pleno común Debe ser evacuado al exterior

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deben al porcentaje de aire que es extraidoo recirculado, y la manera en la cual el airede extracción sale de la zona de trabajo.La Tabla 2 da una explicación. El gabinetetipo A tiene un 70% de aire en recirculaciónconstante, mientras un 30% es extraidodel gabinete por medio de un pleno común.En el tipo B1 30% del aire es recirculado y70% es extraido directamente fuera de lazona de trabajo a través del ducto, al ex-terior. Finalmente en los gabinetes B2100% extracción no hay recirculación.Todo el aire es extraido directamente delárea de trabajo fuera del gabinete.Gabinetes Clase II - Tipo AEn los gabinetes Clase II Tipo A, tales comoSterilgard (Figura 11), 30% del aire se ex-trae del filtro HEPA de extracción mientrasel restante 70% se recircula a través delfiltro HEPA de inyección al área de traba-jo. Las Figuras 12 y 14 muestran la cortinade aire inducida, la que impulsada luegopor el ventilador se bifurca en aire en flujolaminar sobre la mesa de trabajo, mien-tras que el resto es extraido por el filtroHEPA.La salida de patógenos es evitada en laparte del frente del equipo por la cortinade aire, la que al mismo tiempo evita laentrada de aire contaminado a la zona detrabajo. En ambos equipos el volumen to-

tal de aire es impulsado por el motoventi-lador al pleno. En el mismo, el aire se bi-furca evacuándose un 30% a través delfiltro HEPA de salida, entrando nuevamen-te al aire ambiente libre de partículas, oexpulsado al exterior del edificio por me-dio de conductos. El restante 70% del airees impulsado a través del filtro HEPA deinyección y entra al área de trabajo esté-rilmente en régimen laminar.Los equipos Tipo A pueden tener la extrac-ción del aire a través del filtro HEPA desalida al interior del laboratorio o al exte-rior. Esto se indica en la Figura 10 dondese ven ambos casos. El esquema de la iz-quierda muestra un equipo con salida alinterior del laboratorio mientras que el dela derecha muestra el mismo equipo conel filtro de salida conectado a una transi-ción que lo une al conducto hacia el exte-rior.

EQUIPOS clase II- Tipo B1Como se ha visto anteriormente, el gabi-nete Tipo B1 clásico, extrae el 70% delaire, recirculando solamente el 30% delmismo.Además este gabinete incluye en su dise-ño tres elementos particulares, a saber:n 1. Todo el aire de extracción es tomadodirectamente de la zona de trabajo y lle-vado por medio de un conducto al sistemade extracción central del edificio al exte-rior, mediante un ventilador centrífugo si-tuado en el techo.n 2. El 30% del aire recirculado es filtra-do a través de un filtro HEPA inmediata-mente debajo de la superficie de trabajo

antes de ser recirculado.n 3. Todo el aire no filtrado fluye al gabi-nete bajo presión negativa. Todas las áreasde presión positiva están libres de partí-culas debido a la ubicación del filtro de in-yección.Aclara la descripción anterior el diagramaque se muestra en la Figura 12, la que ilus-tra un corte de un gabinete Tipo B1.Equipo Clase II - Tipo B2El segundo tipo de los gabinetes Clase IItipo B es de 100% de extracción total, co-mo se ve en la Figura 13.Este tipo de gabinete es ampliamente uti-lizado en toxicología y en aplicaciones si-milares, en las cuales efluentes con pro-

Figura 9: Velocidad continua de aire de entrada

Figura 14: Clase II Tipo B3.Esquema de circulación de aire

Entradade aire

Transición Extracción

Figura 13: Clase II Tipo B2.Esquema de circulación de aire

Entradade aire

Inyecciónde aire Extracción

100 %

Figura 11: Clase II Tipo A.Esquema de circulación de aire

Entradade aire

Extracción

Figura 8: Equipo Baker Steilgard. Clase II Tipo A Figura 10:Descarga al ambiente Descarga fuera

del ambiente

Figura 12: Clase II Tipo B1.Esquema de circulación de aire

Entradade aire

Extracción

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ductos químicos en fase gaseosa se en-cuentran presentes, pero el aire debemantenerse en condiciones extremas delimpieza en cuanto a partículas.Como su nombre lo indica el 100%del cau-dal de aire que pasa a través del gabineteva al exterior o donde el aire no origineriesgos. No hay recirculación del aire den-tro del gabinete.El diagrama de la Figura 16 muestra unavista del gabinete mencionado. El aire en-tra a través de un motoventilador en elgabinete y pasa a través de un filtro HEPAal área de trabajo en régimen laminar ver-tical. El aire desciende hasta la mesa detrabajo de donde sale a un sistema sepa-rado de extracción para el tratamiento

apropiado. Simultáneamente el aire queentra al gabinete por la reja perforada delfrente es inmediatamente llevando al sis-tema de extracción.Gabinetes Clase II - Tipo B3Son gabinetes que, como se indicó en laTabla 2, tienen un 70% de aire en recir-culación y 30% de extracción, razón por lacual no son aptos para trabajos con gene-ración de vapores o gases. Su construc-ción es prácticamente igual a los equiposClase II Tipo A. Su única diferencia conellos es que mientras los equipos tipo Apueden ser con extracción al interior dellaboratorio, los Clase II Tipo B3 son única-mente aplicados para tener la salida al

exterior del edificio tal como se ilustra enla Figura 14.

USO DE LOS GABINETESDE SEGURIDADBIOLOGICA CLASE II

Recordamos que los gabinetes de seguri-dad biológica Clase II se diseñaron paraevitar el escape de patógenos de la zonade trabajo al ambiente del operador, asícomo para mantener el material y los cul-tivos libres de la contaminación ambien-tal. Estos equipos son un elemento impor-tantísimo en la mayoría de los experimen-tos con material biológico.La salida de patógenos al exterior de lamesa de trabajo es evitada por la cortinade aire que circula por la abertura frontalhacia la reja perforada perimetral de la me-sada y por la acción del filtro HEPA de ex-tracción.La cantidad de aire que entra por la rejade entrada es igual a la cantidad de aireextraida a través del filtro HEPA de salida.La contaminación del área de trabajo, porotro lado, es evitada por la acción del flujolaminar originado en el filtro de inyección.El aire fluye en régimen laminar hacia lamesa de trabajo y, amén de producir unárea limpia, barre los contaminantes ge-

nerados por la actividad dentro del gabi-nete (Figura 16).El aire continúa su recirculación por el ven-tilador hacia el pleno. Los aerosoles se eli-minan por los filtros HEPA a medida que elaire retorna hacia la zona de trabajo.Para utilizar adecuadamente este equipa-miento es fundamental el manejo óptimode los materiales, y minimizar la actividadpor una estudiada secuencia de operacio-nes, procurando eliminar todo movimien-to innecesario, para bajar a un mínimo lasturbulencias y generación de aerosoles.CertificaciónEl primer paso al instalarse un equipo deSeguridad Biológica Clase II, consiste encertificarlo, ya sea en cuanto a la integri-dad del gabinete y su estanqueidad, asícomo en el ensayo de integridad y la even-tual reparación en caso de que hubierapérdidas de los filtros HEPA, como lo de-muestran la Figuras 15 y 18. Además debemedirse la uniformidad de flujo de aire (Fi-gura 16).Preparación de procedimientosIdealmente deberá hacerse una lista deprocedimientos a seguir con una adecua-da hoja de ruta, anticipándose los movi-

Figura 15: Integridad del sistema de filtros Figura 16: Uniformidad del filtro de aire

Figura 17: Balance de aire en grilla de entrada Figura 18: Integridad del pleno de circulación de aire Figura 19: Planificación del trabajo Figura 20: Perturbación de la corriente de aire

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mientos de materiales, equipos y proce-sos hasta cumplir con la tarea asignada(Figura 19).Una vez completada la lista de trabajos secomienza la operación prendiéndose lasluces, poniendo en marcha el ventilador,chequeando que las rejas perforadas es-tén sin obstrucciones y permitiendo el fun-cionamiento del equipo por unos 15 minu-tos.Algunos gabinetes están equipados conlámparas ultravioletas que deben apagar-se cuando el personal del laboratorio estáocupando el mismo. La acción bactericidade las lámparas ultravioletas se efectúacuando el gabinete está fuera de opera-ción, aunque se considera de la mayor im-portancia la desinfección de las superficiesinteriores del mismo por lavado de éstascon una solución de alcohol al 70%.Los operadores deberán lavarse cuidado-samente manos y brazos, antes y despuésdel trabajo en el gabinete.Se recomienda además que los operado-res utilicen guantes de goma con los pu-ños del delantal de mangas largas, ceñidoa las muñecas. No se aconseja el uso dedelantales de algodón, sino los de fibra sin-tética. Lo antedicho baja a un mínimo elpeligro de que la flora de la piel contamineel área de trabajo y protege manos y bra-

zos de la contaminación de agentes peli-grosos.Resumiendo los procedimientos de prepa-ración de los gabinetes de seguridad bio-lógica, tendremos que considerar:n 1. Certificación de integridad de los fil-tros HEPA, balance de la cortina de aire,verificación de la velocidad de desplaza-miento del aire y certificación de estan-queidad del gabinete (Figura 18).n 2. La preparación de los procedimien-tos y la hoja de ruta para minimizar los mo-vimientos son fundamentales para unabuena disposición de los materiales y pro-ductos a ser usados en la experiencia (Fi-gura 19).n 3. El procedimiento de puesta en mar-cha consiste en prender las luces, verifi-car que las rejas de aire de entrada y ex-tracción no estén obstruídas y la puestaen marcha del ventilador. Deberá permi-

tirse operar al ventilador por un mínimode 5 minutos antes de dar comienzo a lasoperaciones dentro del gabinete.n 4. Una vez colocados materiales y pro-ductos dentro del gabinete sin que ningu-no de estos obstruya el paso de aire ge-nerando turbulencias sobre los elementoscríticos, y disponiéndolos de manera talque las operaciones planeadas previamen-te se puedan hacer con comodidad, se de-jará el gabinete en funcionamiento por al-rededor de 5 minutos para permitir la eli-minación de aerosoles que pudieran en-contrarse dentro del mismo.n 5. Es importante que se disminuyan aun mínimo los movimientos del personal yequipos en la cercanía del gabinete, asícomo la posibilidad de corrientes de aireprovocadas por las puertas y ventanasabiertas. Es recomendable que tanto losequipos Clase II como los equipos de Flu-jo Laminar común estén dispuestos en zo-nas del laboratorio lo más alejadas posi-bles de las puertas de acceso y del movi-miento del personal.n 6. Todo movimiento es nocivo tanto den-tro del gabinete como para la cortina deaire del mismo, por lo que tanto se insisteen el planeamiento adecuado para evitar

movimientos innecesarios.Cada vez que brazos o manos se introdu-cen con material al gabinete existe peli-gro de escape o entrada de aerosoles, loque se evita con movimientos muy lentosy pausados del operador (Figura 20).La Figura 23 muestra claramente la ope-ración de un equipo Clase II.La norma de la National Sanitation Foun-dation N.S.F. 49 especifica velocidades dela cortina de aire de 0,38 m/seg. (75 pies/min) para los equipos B1, B2, B3. Asimismose recomienda una altura de la aperturapor donde se introducen las manos de nomás de 20 cm (8��).n 7. Finalmente en la Figura 22 se ve unafotografía tomada en los laboratorios demicrobiología de The Baker Co., donde secertifica la eficiencia de la cortina de airede un equipo Clase II. Para ello un tubo deacero introducido en el gabinete simula laacción de un brazo del operador, mientras

Figura 24: Esquema de gabinete Clase IIIExtracción local

Conección de extracciónal exteriorFiltro de extracción

Aire de entradaFiltro de entrada

Visor y puertade entrada

Sistemade presiónnegativaCaja deguantes

Superficiede trabajo

Pleno de aire

Corte de areade trabajo

Figura 23: Esquema de gabinete Clase III

Figura 22: Ensayo con aerosoles biológicos

Figura 21: Operación de equipo Clase II

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dos tomadores de muestras biológicasubicados en el exterior, verifican que nohaya salida de aerosoles generados en elinterior del gabinete. Al mismo tiempo, pla-cas de Petri ubicadas en el interior, verifi-can la falta de penetración de aerosolesportadores de microorganismos prove-nientes del exterior.

GABINETES DE ALTASEGURIDAD CLASE III

Los gabinetes Clase III, originariamentellamados “cajas de guantes” por sus ca-racterísticas constructivas, son gabinetesherméticos en los que el trabajo se efec-túa por medio de guantes. Tienen filtrosHEPA de inyección y de extracción en régi-men turbulento (Figura 23).El ambiente interior del gabinete se en-cuentra con una presión negativa con res-pecto al ambiente exterior de 12,5 mm decolumna de agua, para prevenir el escapede aerosoles en caso de que hubiera una

fisura accidental.Se utilizan típicamente para trabajos concultivos de agentes patógenos de alto ries-go o con virus exóticos, entre ellos: Fie-bres Hemorrágicas, Lasa, Ebula y Agen-tes Infecciosos clasificados como clase 4por el CDC (Center for Disease Control,Office of Biosafety).Los gabinetes Clase III proveen una ba-rrera física total entre ambientes y opera-dor (Figura 24).Se utilizan actualmente no sólo en la pre-vención de la contaminación del operadory del ambiente, sino también como aisla-dores para llenado aséptico de productosfarmacéuticos.En este último caso, tratándose de llena-do estéril de productos farmacéuticos lapresión interior es negativa o positiva de-pendiendo de si debe mantenerse al am-biente de producción libre de polvo que seprocesa o si se aísla una llenadora de lí-quidos inyectables.

La manipulación de los elementos en elinterior del gabinete se hace por medio deguantes, lo que hace imposible la conta-minación por contacto.Los sistemas Clase III son imprescindiblesen el control de contaminantes de alto ries-go y los generados por manipuleo, pesajey dilución de carcinógenos químicos. Tam-bién es necesaria su aplicación cuando setrabaja con altas concentraciones de agen-tes de riesgo moderado o riesgo descono-cido.Los sistemas Clase III cumplen con la má-xima seguridad, el doble compromiso desalvaguardar el producto del contaminan-

Figura 25: Sistema Clase III

te exterior, y al exterior del producto, evi-tándose la contaminación del ambiente delaboratorio y del personal. Una fotografíade un sistema complejo de alta seguridad(Clase III) se ilustra en la Figura 28.Un sistema de Clase III puede ser cons-truido para aislar incubadoras, congelado-ras centrífugas y otros materiales de in-vestigación.Autoclaves de doble puerta se conectan alos sistemas para la esterilización de pro-ductos, tanto al introducirse o al extraer-se del sistema.Debe ponerse especial cuidado en el con-trol periódico de la integridad de los fil-

Figura 26: Sellado para estanqueidad del gabinete Figura 27: Sellado de pérdidas en filtro HEPA

Figura 28: Aislador para llenado estéril de inyectables

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Figura 29: Aislador para envasado de citotóxicos

tros HEPA y su eventual sellado, así comoel control de la hermeticidad de los gabi-netes (Figuras 26 y 27). Es práctica comúnla utilización en la extracción de dos filtrosHEPA en serie, uno en el gabinete y otroen el conducto de extracción.Como se mencionó anteriormente, losequipos Clase III se están usando en laindustria farmacéutica para la aislación deprocesos de fraccionamiento o envasadoestéril. En otras palabras, se los utiliza conel nombre de “Isolators” (aisladores) enprocesos de producción aséptica.La Figura 28 muestra una línea de llenadoaséptico de líquidos inyectables estériles.Aunque el trabajo por medio de guanteses relativamente incómodo, la mayor ven-taja de estos equipos es que se hace prác-ticamete imposible la contaminación porcontacto.

Por otro lado, no habiendo introducción deposibles contaminantes, la circulación delaire por filtros HEPA en régimen no lami-nar es suficiente, manteniéndose la pre-sión positiva en este caso .La Figura 29 muestra un aislador usadoen el fraccionamiento de una droga inyec-table utilizada en quimioterapia. En estecaso, la presión es negativa dentro delgabinete para proteger al personal y almedio ambiente del producto. Tiene agre-gado un túnel de entrada de viales bajoradiación UV y valida por abertura de losviales ya llenados y cerrados

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