Post on 03-Jul-2015
En Junio de 2006 se publicó la enmienda a la Norma Europea EN143:2000 relativa a filtros
de partículas que se utilizan junto con piezas faciales para formar un equipo de protección
respiratoria. En esta enmienda se introduce un nuevo método de ensayo para evaluar la
eficacia de filtración de los filtros para partículas a lo largo del tiempo. De esta forma se
complementan los procedimientos de ensayo hasta ahora descritos, que se habían
considerado insuficientes y habían supuesto una pérdida de la presunción de conformidad
que otorgaba la Norma EN143:2000.
Contenido
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1 Mecanismos de filtración de partículas
o 1.1 Captura por intercepción
o 1.2 Impacto por inercia
o 1.3 Captura por difusión
o 1.4 El efecto del grosor del filtro
o 1.5 Filtración electrostática
o 1.6 El filtro híbrido mecánico/electrostático
2 Ensayos de penetración de los filtros de partículas
3 Ensayo de Carga según Enmienda de la Norma EN143:2000
4 Conclusiones
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Mecanismos de filtración de partículas
Cuando se diseña un filtro para partículas existen dos objetivos básicos que se pretenden
conseguir:
Por un lado, una alta eficacia filtrante;
Por otro, comodidad para el usuario que se consigue mediante una baja resistencia a
la respiración y un material que no acumule el calor.
Conseguir ambos objetivos no siempre es fácil, ya que uno compromete al otro. Ahí es
donde entra la tecnología que cada fabricante utiliza en sus materiales. Se trata de alcanzar
una alta eficacia de filtración y a la vez una comodidad adecuada para respirar a través del
filtro. Esto se consigue combinando diferentes mecanismos de filtración.
La mayoría de los filtros de partículas basan su eficacia en el uso de materiales fibrosos no
tejidos. Las fibras se entrecruzan para formar una red de “tejido no tejido”. Son los espacios
que quedan entre las fibras lo que permite una transpirabilidad del filtro. Además, el
material filtrante no funciona como un simple tamiz, las partículas no quedan atrapadas
porque “no pasan” a través de los poros que deja el material filtrante. Por el contrario, las
partículas quedan atrapadas en las fibras del filtro debido a diferentes mecanismos, los más
comunes son captura por intercepción, impacto por inercia, captura por difusión y atracción
electrostática.
Para entender cómo una partícula es capturada en el material filtrante, debemos ver primero
cómo se produce el movimiento del aire a través del material filtrante. Cuando pasa a través
del filtro, el aire forma unas líneas de flujo imaginarias que dividen el caudal de aire total.
Aunque las líneas de flujo puedan juntarse cuando pasan alrededor del filtro para separarse
después, el aire entre esas líneas de flujo no cruza de una sección a otro. Una partícula que
sea arrastrada por el aire puede o no mantenerse dentro de las líneas de flujo en función
básicamente de su tamaño.
Líneas de flujo imaginarias a través del filtro
Existen cuatro mecanismos principales de filtración. Uno de ellos o todos en conjunto
pueden ser responsables de la eficaz retención de una partícula en suspensión en el aire,
dependiendo de su tamaño, del peso, y del tipo de material filtrante utilizado:
Captura por intercepción
Impacto por inercia
Captura por difusión
Atracción electrostática
Los tres primeros se consideran mecanismos de filtración mecánica y se basan en que la
partícula entra en contacto físico con la fibra del filtro; La atracción entre cargas de signo
opuesto supone la base para otro de los mecanismos llamado filtración electrostática.
Mecanismos de filtración:
Captura por intercepción - Impacto por inercia - Captura por difusión
Filtración mecánica
Atracción electrostática Filtración electrostática
Captura por intercepción
Este proceso describe el mecanismo de captura para partículas grandes que, aunque fluyen
con las líneas de flujo, sobresalen tanto que entran en contacto con la fibra del filtro cuando
pasan junto a ella.
En cuanto la partícula toca la fibra se queda retenida.
Captura por intercepción
Impacto por inercia
Este mecanismo explica el comportamiento de las partículas más grandes en el aire. En
lugar de seguir las líneas de flujo, siguen una trayectoria recta, por su inercia, e impactan
con las fibras del filtro.
Impacto por inercia
Captura por difusión
Las partículas pequeñas y ligeras son capturadas por difusión. Estas partículas debido a su
pequeño tamaño se ven amortiguadas por las propias partículas del aire. Tienen un
movimiento aleatorio aumentando la probabilidad de entrar en contacto con una fibra de un
filtro.
Captura por difusión
Hay algunas partículas que permanecen en las líneas de flujo y siguen con el paso del aire.
No son ni pequeñas, ni muy grandes o pesadas de forma que permanecen en las líneas de
flujo y resultan más difíciles de captar.
Estas partículas son las que se consideran “más penetrantes”.
Partículas "más penetrantes"
Al final estas partículas también son capturadas por una combinación de mecanismos de
difusión e intercepción. La eficacia de filtración en estos casos se basa en un gran número
de capas filtrantes para aumentar la probabilidad de que la partícula toque las fibras del
filtro.
La relación entre el tamaño de las partículas, la penetración a través del filtro y los métodos
de captura se refleja en este gráfico.
Eficacia de filtración en función del tamaño de partícula
Podemos ver que las partículas más pequeñas no son las más difíciles de capturar. De
hecho, el mecanismo de difusión es muy eficaz en eliminar partículas por debajo de 0,1
micras de diámetro.
Generalmente las partículas entre 0.1 y 1 micra son las más difíciles de filtrar. Estas
partículas constituyen el tamaño más penetrante.
El efecto del grosor del filtro
Como hemos visto los distintos mecanismos de filtración mecánica se basan en que la
partícula entre en contacto con la fibra filtrante.
Una única capa de fibras filtrantes sería muy poco eficaz, por lo que se colocan varias capas
para captar la mayoría de las partículas. Esto tiene la desventaja de que aumenta la
resistencia a la respiración del filtro y la sensación de calor, haciéndolo más incómodo.
Se trata por tanto de conseguir eficacias de filtración altas, con materiales lo más finos
posibles para no aumentar la resistencia respiratoria y la sensación de calor. Este criterio es
importante sobre todo cuando se trata de mascarillas autofiltrantes para partículas.
Filtración electrostática
Este método de filtración se basa en que las partículas son atraídas a la superficie de la fibra
filtrante gracias a la presencia de cargas electrostáticas.
En lugar de esperar a que una partícula choque con la fibra del filtro, en este caso la fibra
del filtro atrae a la partícula. Esto ocurre tanto con partículas grandes como pequeñas,
puesto que la mayoría de las partículas en suspensión, ya sean gotas líquidas o aerosoles
sólidos, tienen una cierta carga electrostática.
Atracción electrostática
La carga electrostática se añade en el filtro en el momento de su fabricación y permanece
inalterada durante la vida estimada del filtro, es decir, hasta su fecha de caducidad.
El filtro híbrido mecánico/electrostático
En el intento de alcanzar bajas resistencias a la respiración, algunos fabricantes utilizan un
filtro híbrido consistente en una capa de filtro electrostático y otra capa de filtro mecánico.
Un método alternativo consiste en fabricar filtros mecánicos utilizando fibras cargadas
electrostáticamente. Esto combina las ventajas de ambos: El resultado es un filtro en el que
la respiración resulta más fácil en comparación con un filtro mecánico de la misma eficacia
de filtración, y con eficacia de filtración alta en comparación con un filtro electrostático por
sí solo.
Ensayos de penetración de los filtros de partículas
Uno de los factores utilizados para clasificar los filtros de partículas es el grado de
penetración a través del filtro, es decir, el porcentaje de partículas que son capaces de
atravesar el material filtrante. Existen también otros parámetros que se tienen en cuenta en
la clasificación de los materiales filtrantes como son la resistencia a la respiración y la fuga
total hacia el interior cuando se evalúa el equipo de protección respiratoria completo.
Los ensayos de penetración se describen en las Normas Europeas correspondientes.
Consisten en hacer pasar una concentración del agente de ensayo a través del material
filtrante, a un caudal determinado. Los agentes de ensayo utilizados son cloruro de sodio y
aceite de parafina con una distribución de tamaños de partícula para ambos aerosoles de
ensayo de entre 0,02 mm y 2 mm con un diámetro medio de 0,6 mm. Después de un cierto
tiempo, normalmente 3 minutos, se mide la penetración del filtro comparando la cantidad
de partículas en la atmósfera de ensayo y el número de partículas presentes en el aire que ha
pasado a través del filtro.
La Norma EN143:2000 establece tres clases de filtros de partículas en función de la
eficacia de filtración obtenida en los ensayos con cloruro de sodio y aceite de parafina:
% Máximo de penetración con cloruro de sodio
% Máximo de penetración con aceite de parafina
P1 20 20
P2 6 6
P3 0.05 0.05
Ensayo de Carga según Enmienda de la Norma EN143:2000
La publicación de la enmienda de la Norma EN143:2000 viene motivada por una
preocupación planteada por las autoridades francesas en Enero de 2005 en relación con la
validez de los ensayos de los filtros de partículas.
La preocupación se debía a que en algunos ensayos de laboratorio se observaba una pérdida
de la eficacia de los filtros de partículas a lo largo del tiempo. Esto se observó en particular
en los filtros basados total o parcialmente en filtración electrostática.
Como consecuencia, a partir de ese momento Francia exigió que todos los equipos de
protección respiratoria para partículas de presión negativa satisficieran unos ensayos
adicionales antes de su comercialización. En esos ensayos adicionales la eficacia filtrante se
evaluaba con una carga de aerosol de ensayo más alta (120 mg) y durante más tiempo (3
horas) del previsto en los ensayos de la Norma EN143 o relacionadas.
A nivel Europeo se empezó a trabajar en una actualización de la Norma EN143:2000 para
incluir un ensayo adicional que reflejase la preocupación planteada por Francia. Esta
actualización de la Norma EN143:2000 es el objeto de la enmienda EN143:2000/A1.
El nuevo ensayo de carga planteado en la enmienda de la norma presenta algunas
diferencias con el test Francés. El material filtrante se expone a 120 mg de agente de
ensayo, cada filtro se ensaya tanto con cloruro de sodio como con aceite de parafina, en las
mismas condiciones que el ensayo normal de penetración del filtro. La penetración a través
del filtro se mide de forma continuada a lo largo de todo el ensayo, hasta que se alcanza una
carga de 120 mg. Durante todo el ensayo los valores de penetración deben mantenerse
dentro de los límites máximos para la clase correspondiente del filtro.
En el caso de los filtros reutilizables, la enmienda EN143:2000/A1:2006 introduce también
la necesidad de repetir el ensayo de penetración después de la exposición a 120 mg y del
almacenaje durante 24 horas. Los filtros reutilizables deben mantener la clase del filtro en
el ensayo después del almacenamiento.
Los filtros no reutilizables no se someten al ensayo después del almacenamiento, y deberán
venir marcados como “NR” y acompañados de la advertencia de no utilizar más de un turno
de trabajo en las instrucciones de uso.
Está previsto que otras normas relacionadas, tales como EN149:2001, EN405:2001 se
modifiquen también. De momento no se han publicado otras enmiendas que reflejen los
métodos de ensayo propuestos para otros productos como mascarillas autofiltrantes, o
máscaras con filtros integrados.
Ensayos adicionales Filtros reutilizables
Filtros no reutilizables
Ensayo de carga con 120 mg de cloruro de sodio y aceite de parafina
X X
Ensayo tras almacenamiento de 24 h
X
Marcado "R" "NR"
Instrucciones de uso Advertencia: el filtro no debe usarse durante más de un turno de trabajo
Requisitos y ensayos incluidos en EN143:2000/A1:2006
Conclusiones
La enmienda EN143:2000/A1:2006 introduce nuevos métodos de ensayo para los filtros de
partículas, en particular. La categoría del filtro debe mantenerse después del ensayo de
carga con cloruro de sodio y aceite de parafina. El filtro se considera reutilizable si la
categoría del filtro se mantiene después del ensayo de almacenamiento.
Estos métodos de ensayo suponen una mejora en la validación de la eficacia de los filtros,
por lo que sugerimos a los usuarios que se pongan en contacto con sus proveedores para
confirmar si los equipos utilizados superan el nuevo “ensayo de carga”.