Versión en español

La calidad del aire que respiramos es fundamental para la nuestro bienestar y nuestra salud; podemos sobrevivir durante semanas sin comer, durante días sin beber, pero sólo unos minutos sin respirar. Cuanto menor sea la concentración de alérgenos, microorganismos patógenos y contaminantes químicos, menor será el riesgo de contraer alergias o enfermedades relacionadas con la respiración.

Los efectos de la contaminación del aire que respiramos, sobre nuestra salud, puede ocurrir tanto a corto plazo como a largo plazo, dependiendo de la respuesta de nuestro cuerpo; algunas personas son mucho más sensibles a los contaminantes que otras: los bebés y los niños pequeños, los ancianos y las personas con asma, enfermedades pulmonares o enfermedades cardíacas generalmente sufren más los efectos de la contaminación del aire. En todos los casos, el alcance del daño causado por la contaminación ambiental depende de la duración de la exposición y concentración de contaminantes. A corto plazo podemos experimentar reacciones alérgicas, infecciones oculares (conjuntivitis), irritación de las vías respiratorias, bronquitis, neumonía, dolores de cabeza y náuseas, dificultades respiratorias, reacciones cutáneas y ataques de asma. Las exposiciones prolongadas pueden inducir enfermedades respiratorias crónicas, enfermedades del corazón, cáncer de pulmón, daño cerebral y neurológico, así como órganos internos, principalmente los riñones y el hígado.

Los principales contaminantes en el aire de ambientes confinados dignos de mención son:

• Agentes orgánicos, tales como COV– Compuestos Orgánicos Volátiles, liberados de pinturas, selladores y paneles de recubrimiento, e HIPA • Hidrocarburos Policíclicos Aromáticos, asociados con la combustión de materiales orgánicos.

• Fibras inorgánicas, comúnmente utilizadas en materiales de construcción, como fibra de vidrio y lana de rocas.

• RADON, un gas radiactivo que a menudo se encuentra bajo tierra y se puede encontrar en materiales de construcción como cemento, ladrillos, granitos, etc.

• Microparticulado (PM), liberado por los principales órganos de los vehículos (motor, frenos, neumáticos), producido por la transformación de combustibles fósiles, incendios a leña, humo de tabaco, procesos de cocción, así como el funcionamiento de equipos como fotocopiadoras.

• Esporas, polen, ácaros del polvo y alérgenos de mascotas.

• Microorganismos, como bacterias, hongos, parásitos y virus.

Los niveles inadecuados de la calidad del aire presentan un grave problema de salud pública, con graves repercusiones económicas y sociales. La purificación del aire en ambientes confinados garantiza, junto con una ventilación adecuada, esencial para garantizar el suministro constante de oxígeno esencial para un metabolismo adecuado, el mantenimiento de concentraciones de contaminantes por debajo de los umbrales de seguridad.

¿Cómo se limpia el aire?

Las aguas residuales son el proceso de eliminación o contaminación de sustancias de líquidos y gases. En el caso del aire, la purificación se puede llevar a cabo por centrífuga, para el lavado o por filtración. La purificación de la centrifugación, extendida en laboratorios y en la industria, utiliza la aceleración centrífuga para separar cuerpos caracterizados por diferentes densidades.

El lavado, que también es ampliamente utilizado en el sector industrial, por ejemplo en plantas químicas, requiere el uso de un líquido que se mezcla con el aire para ser purificado mediante la explotación de las pérdidas de carga localizadas inducidas por un movimiento turbulento. Al final del proceso, el líquido enriquecido de contaminantes previamente dispersos en el aire se condensa y se desploma hasta la parte inferior del dispositivo, mientras que el aire purificado se aspira al exterior.

La purificación por filtración, la más común en contextos residenciales, puede ser mecánica o electrostática: en ambos casos se explota el flujo laminar del flujo a filtrar, cuyo caudal es directamente proporcional a la fuerza impulsora (la presión ejercida por el ventilador en el caso de un purificador doméstico común), que lo determina e inversamente proporcional a las resistencias que se oponen al movimiento, a su vez una función de la geometría y la naturaleza del sistema de filtrado.

En el caso de filtración mecánica, el medio filtrante se elige de acuerdo con el tipo y la calidad de filtración requerida; Existen numerosas variaciones: papel (generalmente compuesto de nitrocelulosa), telas no tejidas (poliéster, polipropileno, fibra de vidrio, fibras de aramida), redes y telas metálicas. Las características distintivas de un medio filtrante son:

• La porosidad que determina el tamaño de las partículas que el medio es capaz de capturar: los filtros de baja porosidad retienen pequeñas partículas, a expensas de una reducción en la velocidad, y por lo tanto del flujo a purificar;
• Retención, característica opuesta a la porosidad; menor retención, disminuir la capacidad del filtro para retener partículas pequeñas;
• La velocidad de recorrido, que indica el tiempo que tarda el fluido en atravesar el filtro.

Las tres características están conectadas entre sí: un filtro «rápido» generalmente se caracteriza por una baja retención y alta porosidad, mientras que un filtro «lento» generalmente tiene propiedades opuestas.

¿Cómo funciona un filtro mecánico?

El flujo de aire, a través del filtro, se descompone; las partículas en ella experimentan numerosos cambios de dirección hasta que quedan atrapadas como resultado de uno o más de los mecanismos enumerados a continuación:

• El tamizado: se produce cuando el diámetro de las partículas es mayor que la distancia entre las fibras del filtro, de modo que se evita el cruce. Las partículas más grandes se depositan en las primeras capas del filtro, mientras que las más pequeñas pueden pasar a las capas más internas.

• Captura por intercepción: está vinculada a la carga eléctrica de partículas entre 1 y 3 micras, que son capturadas por fibras de filtro cuando pasan a una distancia menor que su diámetro.

• Impacto: las partículas de masa proporcionalmente altas poseen una energía cinética que les permite mantener la trayectoria original, sin seguir el patrón de microfluidos; esto los lleva a colisionar con las fibras del filtro, adhiriéndose a ellas.

• Captura por difusión: este fenómeno caracteriza las partículas más pequeñas, del orden de la décima de micras, que se comportan como un gas. Su trayectoria, como resultado de los movimientos brownianos, no coincide con la del flujo de aire, sino que oscila a su alrededor con un movimiento aún más ancho, cuanto más pequeñas son las partículas, que son capturadas por efecto electrostático. La capacidad de retención del filtro aumenta a medida que disminuye el tamaño de las partículas.

Cómo funciona un filtro electrostático

Los principales componentes de un filtro electrostático son:

• los electrodos de recogida, generalmente compuestos por placas o elementos tubulares.
• Los electrodos de descarga (o emisión), de una forma similar a un hilo.
• El grupo de potencia, que consta de un transformador y una plancha, que genera las solicitudes y el proceso de alta tensión (30 a 100kV).

El funcionamiento de un filtro electrostático se basa en la diferencia de potencial inducida entre los electrodos de descarga y de recolección: el fuerte campo eléctrico inducido cerca de los electrodos de descarga provoca la ionización del gas (vector de las partículas contaminantes), induciendo lo que ocurre, bajo el nombre de «efecto corona». Los iones tienden a moverse desde el área de la corona hacia los electrodos de recolección, colisionando con las partículas contaminantes suspendidas y dándoles una carga eléctrica (cada partícula puede cargarse por la acción de múltiples iones, hasta alcanzar altos niveles de cargar). Los polvos cargados eléctricamente se atraen a los electrodos de recolección, donde se retienen para su posterior eliminación. Por lo tanto, en la salida hay un flujo de aire sustancialmente libre de contaminantes.

Las características principales de los filtros electrostáticos son las altas eficiencias de eliminación (> 90% incluso para partículas muy finas) y la posibilidad de recuperar los contaminantes en la fase sólida.

En aplicaciones residenciales, la ventaja fundamental de los filtros electrostáticos está representada por los costos operativos reducidos, vinculados a la posibilidad de regenerar sus componentes, normalmente por succión o lavado, sin incurrir en los costos del reemplazo periódico requerido por los filtros mecánicos tradicionales.

Filtros para carbón activo

Los filtros de carbón activado a menudo se usan en aparatos de purificación de aire en virtud de su capacidad para absorber alérgenos y contaminantes que causan malos olores; su funcionamiento se basa en el principio de adsorción, un fenómeno atribuible a la atracción molecular ejercida por las fuerzas débiles, comúnmente conocidas como fuerzas de Van der Waals, gracias a las cuales los compuestos orgánicos presentes en el aire reaccionan químicamente con el carbón, adhiriéndose al su superficie cuanto mayor es la superficie del carbón, mayor es la capacidad de absorción.

Los carbonos activados son materiales porosos de color negro, se pueden encontrar en forma de polvo o gránulos; Los más utilizados en los sistemas de purificación de aire son generalmente de origen vegetal. Se obtienen de material orgánico calentado a temperaturas inferiores a 700 ° C en ausencia de aire; Este proceso determina una porosidad muy alta, que corresponde a un área superficial particularmente grande, incluso mayor de 500 m2 por gramo, una característica que proporciona capacidades de adsorción de carbonos activados muy superiores a las del carbón tradicional.

Los filtros de carbón activado se utilizan, a menudo en combinación con filtros mecánicos o electrostáticos con alta capacidad de retención, para eliminar olores desagradables, los productos químicos comúnmente utilizados para la limpieza de instalaciones y servicios, benceno y otros compuestos orgánicos volátiles, para que el aire permanece fresco y limpio; por su uso, los que sufren de alergias, asma o trastornos respiratorios, así como los fumadores o quienes viven junto a ellos, pueden beneficiarse particularmente.

Los ionizadores

Además de los filtros mecánicos o electrostáticos tradicionales, los purificadores a menudo están equipados con sistemas de filtro basados en tecnología de ionización negativa, efectivos en términos de reducción de olores y micropartículas finas, los más dañinos para la salud cuando se inhalan. Los iones negativos se unen a las partículas suspendidas (micropolvo, sabores, humo, polen y bacterias) y las cargan electrostáticamente, promoviendo su recaída y mejorando así la calidad del aire ambiente.

A menudo, en los purificadores, el usuario puede seleccionar el proceso de ionización (es decir, los productos también pueden funcionar independientemente de esta función), para limitar los efectos negativos de esta tecnología, que se puede resumir en la tendencia de las impurezas a asentarse en las superficies de la habitación, generando el clásico fenómeno de marco oscuro en correspondencia con pinturas y muebles contra las paredes de la habitación.

La clasificación de los filtros
La clasificación de los filtros.

La eficiencia de los filtros de aire se clasifica de acuerdo con dos estándares:

• EN ISO 16890, válido para filtros de ventilación general.
• EN 1822, efectivo para filtros de EPA (aire particulado de eficiencia), HEPA (aire particulado de alta eficiencia) y ULPA (aire particulado ultra bajo).

La norma EN ISO 16890 expresa la capacidad de filtrado en términos de porcentaje de retención de las micropartículas PM10 (dimensiones inferiores a 10 micras, igual a 0.01 mm), PM2.5 (dimensiones inferiores a 2.5 micro, correspondientes a 0.0025 mm) o PM1 (dimensiones inferiores a 0,001 mm). EN 1822, por otro lado, indica la capacidad de filtrado de micropartículas con un tamaño nominal de 0.3 micras, igual a 0.0003 mm), como se muestra en la tabla a continuación:

MPPS – Tamaño de partícula más penetrante – El tamaño de la partícula más penetrante

Más allá de la clasificación indicada anteriormente, la disposición de las mallas de los filtros EPA, HEPA y ULPA aún permite la captura de partículas de menos de 0.3 micras utilizadas en las pruebas.

Ing. Aldo Fumi
Marketing Director, VORTICE Italia

Versione originale in italiano

Perché depurare l’aria negli ambienti confinati

La qualità dell’aria che respiriamo è fondamentale per il ns. benessere e la ns. salute; possiamo sopravvivere per settimane senza mangiare, per giorni senza bere, ma solo pochi minuti senza respirare. Più bassa è la concentrazione di allergeni, microorganismi patogeni e inquinanti chimici che respiriamo, minore è il rischio di contrarre allergie o malattie.

Gli effetti sulla ns. salute dell’inquinamento dell’aria che respiriamo si possono manifestare a breve come pure a lungo termine, a seconda della risposta del ns. organismo; alcuni di noi sono infatti molto più sensibili di altri agli agenti inquinanti: i neonati ed i bambini in tenera età, gli anziani e le persone affette da asma, malattie polmonari o cardiopatie di norma soffrono in misura maggiore gli effetti dell’inquinamento dell’aria. In tutti i casi, l’entità dei danni provocati dall’inquinamento ambientale dipende dalla durata dell’esposizione e dalla concentrazione delle sostanze inquinanti: nel breve termine possiamo accusare reazioni allergiche, infezioni oculari (la congiuntivite), irritazioni alle vie respiratorie, bronchiti, polmoniti, mal di testa e nausea, difficoltà respiratorie, reazioni cutanee ed attacchi d’asma. Esposizioni prolungate possono invece indurre malattie respiratorie croniche, cardiopatie, cancro ai polmoni, danni cerebrali e neurologici nonché agli organi interni, in primis i reni e il fegato.

Tra i principali inquinanti presenti nell’aria di ambienti confinati meritevoli di menzione sono:

• gli agenti organici, come i VOCs – Volatile Organic Compounds, rilasciati da pitture, sigillanti e pannelli di rivestimento, e gli IPA – Idrocarburi Policiclici Aromatici, associati alla combustione di materiali organici.

• Le fibre inorganiche, comunemente usate nei materiali da costruzione, come la fibra di vetro e la lana di roccia.

• Il RADON, un gas radioattivo spesso presente nel sottosuolo e che si può trovare in materiali da costruzione quali il cemento, i mattoni, i graniti, etcc…

• Il microparticolato (PM), rilasciato dai principali organi dei veicoli (motore, freni, pneumatici), prodotto dalla trasformazione di combustibili fossili, dai fuochi alimentati a legna, dal fumo del tabacco, dai processi di cottura, come pure dal funzionamento di apparecchiature quali le fotocopiatrici.

• Le spore, i pollini, gli acari della polvere e gli allergeni degli animali domestici

• I microrganismi, quali batteri, funghi, parassiti e virus.

Inadeguati livelli di qualità dell’aria appresentano un serio problema per la salute pubblica, con gravi ripercussioni economiche e sociali

La depurazione dell’aria negli ambienti confinati assicura, unitamente ad un’adeguata ventilazione, indispensabile a garantire il costante apporto di ossigeno essenziale per un corretto metabolismo, il mantenimento delle concentrazioni di inquinanti al di sotto delle soglie di sicurezza.

Come si depura l’aria?

La depurazione è il processo atto ad eliminare da liquidi e gas sostanze estranee o inquinanti. Nel caso dell’aria la depurazione si può realizzare per centrifugazione, per lavaggio o per filtrazione.

La depurazione per centrifugazione, diffusa nei laboratori e in ambito industriale, sfrutta l’accelerazione centrifuga per separare corpi caratterizzati da diverse densità.

Il lavaggio, anch’esso largamente impiegato in ambito industriale, ad esempio negli impianti chimici, presuppone il ricorso ad un liquido assorbitore che viene miscelato all’aria da depurare sfruttando le perdite di carico localizzate indotte da un moto turbolento. Al termine del processo il liquido arricchito degli inquinanti in precedenza dispersi nell’aria condensa e precipita sul fondo del dispositivo, mentre l’aria depurata viene aspirata all’esterno.

La depurazione per filtrazione, la più diffusa in contesti residenziali, può essere di tipo meccanico o elettrostatico: in entrambi i casi si sfrutta il moto laminare del flusso da filtrare, la cui portata risulta direttamente proporzionale alla forza motrice (la pressione esercitata dalla ventola nel caso di un comune depuratore domestico), che lo determina ed inversamente proporzionale alle resistenze che si oppongono al moto, a loro volta funzione della geometria e della natura del sistema filtrante.

Nel caso di filtrazione meccanica, il mezzo filtrante viene scelto in funzione del tipo e della qualità di filtrazione richiesta; ne esistono numerose varianti:  carta (generalmente costituita da nitrocellulosa), tessuti non tessuti (poliestere, polipropilene, fibra di vetro, fibre aramidiche), reti e tele metalliche.

Caratteristiche distintive di un mezzo filtrante sono:

• la porosità, che determina le dimensioni delle particelle che il mezzo è in grado di catturare: filtri a bassa porosità trattengono particelle di dimensioni ridotte, a scapito peraltro di una riduzione della velocità, e quindi della portata, del flusso da depurare;
• la ritentività, caratteristica opposta alla porosità; minore la ritentività, più bassa la capacità del filtro di trattenere particelle di dimensioni ridotte;
• la velocità di attraversamento, che indica il tempo impiegato dal fluido per attraversare il filtro.

Le tre caratteristiche sono tra loro collegate: un filtro “rapido” è solitamente caratterizzato da bassa ritentività ed alta porosità, mentre uno “lento” ha, di norma, proprietà opposte.

Come funzione un filtro meccanico?

Il flusso d’aria, attraversando il filtro, si scompone; le particelle in esso sospese subiscono numerosi cambi di direzione fino ad essere intrappolate per effetto di uno o più dei meccanismi di seguito elencati:

• Setacciatura: si realizza quando il diametro delle particelle è più grande della distanza che intercorre fra le fibre del filtro, così che l’attraversamento ne risulta impedito. Le particelle più grosse si depositano sui primi strati del filtro mentre quelle più minute possono passare agli strati più interni.
• Cattura per intercettazione: è legata alla carica elettrica delle particelle di diametro compreso tra 1 e 3 micron, che vengono catturate dalle fibre del filtro quando passano a una distanza inferiore al loro diametro.
• Impatto: le particelle di massa proporzionalmente elevata posseggono un’energia cinetica che permette loro di mantenere la traiettoria originale, senza seguire l’andamento dei micro-flussi; ciò le porta a collidere con le fibre del filtro, aderendovi.
• Cattura per diffusione: questo fenomeno caratterizza le particelle di dimensioni minori, dell’ordine del decimo di micron, che si comportano come un gas. La loro traiettoria, per effetto dei moti browniani, non coincide con quella del flusso d’aria, ma oscilla intorno ad essa con un movimento tanto più ampio quanto più piccole sono le particelle, che vengono catturate per effetto elettrostatico. La capacità di ritenzione del filtro aumenta al diminuire delle dimensioni delle particelle.

Come funziona un filtro elettrostatico

I principali componenti di un filtro elettrostatico sono:

• gli elettrodi di raccolta, solitamente costituti da piastre o elementi tubolari
• Gli elettrodi di scarica (o di emissione), di forma filiforme.
• Il gruppo di alimentazione, costituito da un trasformatore e da un raddrizzatore, che genera le elevate tensioni richieste al processo (dai 30 ai 100kV).

Il funzionamento di un filtro elettrostatico si basa sulla differenza di potenziale indotta tra gli elettrodi di scarica e di raccolta: il forte campo elettrico conseguentemente indotto in prossimità degli elettrodi di scarica provoca la ionizzazione del gas (vettore delle particelle contaminanti), inducendo quello che va sotto il nome di “effetto corona”. Gli ioni tendono a spostarsi dalla zona di corona verso gli elettrodi di raccolta, entrando in collisione con le particelle di contaminante in sospensione e cedendo loro una carica elettrica (ogni particella può essere caricata dall’azione di più ioni, fino a raggiungere elevati livelli di carica). Le polveri elettricamente caricate vengono quindi attirate verso gli elettrodi di raccolta, dove sono trattenute per essere successivamente rimosse. In uscita si ha quindi un flusso d’aria sostanzialmente privo di contaminanti.

Le caratteristiche principali dei filtri elettrostatici sono le elevate efficienze di rimozione (>90% anche per granulometrie molto fini), e la possibilità di recuperare i contaminanti in fase solida.

Nelle applicazioni residenziali il vantaggio fondamentale dei filtri elettrostatici è rappresentato dai ridotti costi di esercizio, legati alla possibilità rigenerarne i componenti, di norma mediante aspirazione o lavaggio, senza sostenere i costi delle periodiche sostituzione richieste dai tradizionali filtri meccanici.

I filtri ai carboni attivi

I filtri ai carboni attivi sono spesso utilizzati negli apparecchi per la depurazione dell’aria in virtù della loro capacità di assorbire allergeni e inquinanti causa di cattivi odori; il loro funzionamento si basa sul principio dell’adsorbimento, un fenomeno riconducibile all’attrazione molecolare esercitata da forze deboli, comunemente note come forze di Van der Waals, grazie alle quali i composti organici presenti nell’aria reagiscono chimicamente con il carbone, aderendo sulla sua superficie; più estesa la superficie del carbone, maggiore la capacità adsorbente.

I carboni attivi sono materiali porosi, di colore nero, si possono trovare in forma di polvere o granuli; quelli più comunemente utilizzati nei sistemi di depurazione dell’aria sono solitamente di origine vegetale. Vengono ottenuti a partire da materiale organico riscaldato a temperature inferiori ai 700°C in assenza d’aria; tale processo determina un’elevatissima porosità, corrispondente ad una superficie particolarmente estesa, anche superiore a 500 m² per grammo, caratteristica questa che conferisce ai carboni attivi capacità adsorbenti largamente superiori a quelle del carbone tradizionale.

I filtri ai carboni attivi sono impiegati, spesso in abbinamento a filtri meccanici o elettrostatici ad alta capacità di ritenzione, per rimuovere gli odori sgradevoli, i prodotti chimici comunemente utilizzati per la pulizia dei locali e dei servizi, il benzene e altri VOCs, così che l’aria permanga fresca e pulita; dal loro impiego possono trarre particolari benefici quanti soffrono di allergie, di asma o di disturbi respiratori, così come i fumatori o chi vive loro accanto.

Gli ionizzatori

In aggiunta ai tradizionali filtri, meccanici o elettrostatici, i depuratori sono spesso equipaggiati di sistemi di filtraggio basati sulla tecnologia della ionizzazione negativa, efficace in termini di abbattimento degli odori e del microparticolato fine, il più dannoso per la salute allorché inalato.  Gli ioni negativi si legano alle particelle in sospensione (micropolveri, aromi, fumo, pollini e batteri) e le caricano elettrostaticamente, favorendone la ricaduta e così migliorando la qualità dell’aria ambiente.

Spesso, nei depuratori il processo di ionizzazione è selezionabile dall’utente (i prodotti possono cioè funzionare anche prescindendo da tale funzione), per limitare gli effetti negativi di tale tecnologia, riassumibili nella tendenza delle impurità a depositarsi sulle superfici del locale, ingenerando il classico fenomeno della cornice scura in corrispondenza di quadri e mobili addossati alle pareti del locale.

La classificazione dei filtri

L’efficienza dei filtri dell’aria è classificata secondo due norme:

• EN ISO 16890, valida per filtri di ventilazione generale.
• EN 1822, efficace per filtri EPA (Efficiency Particulate Air), HEPA (High Efficiency Particulate Air) e ULPA (Ultra-Low Particulate Air).

La norma EN ISO 16890 esprime la capacità filtrante in termini di percentuale di ritenzione del microparticolato PM10 (dimensioni inferiori a 10 micron, pari a 0,01 mm), PM2.5 (dimensioni inferiori a 2,5 micro, corrispondenti a 0,0025 mm) o PM1 (dimensioni inferiori a 0,001 mm). La norma EN 1822 indica invece la capacità filtrante di microparticolato di dimensioni nominali pari a 0,3 micron, pari a 0,0003 mm), come evidenziato nella tabella qui di seguito riportata:

MPPS = Most Penetrating Particle Size – dimensione della particella più penetrante

Al di là della classificazione sopra indicata, la disposizione delle maglie dei filtri EPA, HEPA e ULPA permette comunque la cattura di particelle di dimensioni inferiori agli 0,3 micron utilizzate nei test.

Ing. Aldo Fumi
Marketing Director, VORTICE Italia