Mecanismo de Filtros y Cartuchos en Equipos de Protección Respiratoria
Los filtros y cartuchos de protección respiratoria funcionan mediante múltiples mecanismos físicos combinados: difusión, intercepción, impactación y atracción electrostática para partículas, mientras que los cartuchos de vapor utilizan adsorción en carbón activado.
Mecanismos de Filtración para Partículas
Filtros de Fibra Electrostática
Los medios filtrantes utilizados en respiradores de pieza facial filtrante (FFR) son típicamente microfibras de polipropileno cargadas electrostáticamente (no tejidas, melt-blown), que permiten la captura de partículas mediante tres mecanismos mecánicos potenciados por atracción electrostática 1:
- Difusión: Las partículas más pequeñas (<0.1 micras) se mueven de manera browniana y colisionan con las fibras 2
- Intercepción: Las partículas que siguen las líneas de flujo de aire entran en contacto con las fibras cuando pasan suficientemente cerca 1, 2
- Impactación: Las partículas más grandes (>1 micra) no pueden seguir las líneas de flujo alrededor de las fibras y colisionan directamente 1, 2
- Atracción electrostática: El medio electret (cargado eléctricamente) captura partículas significativamente sin aumentar la resistencia respiratoria 1
Características Críticas del Tamaño de Fibra
Las fibras de menor diámetro resultan en mayor eficiencia de filtración 2, 3. Los filtros pueden capturar partículas mucho más pequeñas que el diámetro de la fibra debido al movimiento difusional y las fuerzas electrostáticas 3.
Tamaño de Partícula Más Penetrante (MPPS)
La eficiencia de filtración varía según el tamaño de partícula, existiendo un punto de menor eficiencia 2, 4:
- Filtros electrostáticos (N95, N100): MPPS aproximadamente 40-45 nm 4
- Filtros mecánicos (P100): MPPS ≥150 nm 4
- Los filtros mecánicos P100 ofrecen mayor protección contra nanopartículas que los filtros electrostáticos N100 con la misma clasificación de eficiencia 4
Mecanismos de Filtración para Vapores
Cartuchos de Carbón Activado
Los filtros de vapor están construidos con gránulos de carbón activado que poseen una superficie efectiva extremadamente grande donde las moléculas de contaminante son adsorbidas 3:
- Funcionan mediante adsorción química en la superficie del carbón 3
- No protegen contra partículas, solo contra gases y vapores 1, 3
- Su rendimiento se expresa en términos de vida útil en lugar de eficiencia, ya que la penetración de vapor aumenta a medida que los filtros se saturan 3
Cartuchos Combinados
Para protección contra partículas metálicas y productos de combustión, se requieren cartuchos de vapor orgánico combinados con filtración HEPA 5.
Variables que Afectan la Eficiencia de Filtración
La fuga de aerosoles a través de filtros depende de cinco variables independientes 1:
- Características de filtración de cada tipo de filtro
- Distribución del tamaño de las gotas en el aerosol
- Velocidad lineal a través del material filtrante
- Carga del filtro (cantidad de contaminante depositado)
- Cargas electrostáticas en el filtro y en las gotas del aerosol
Clasificación de Eficiencia
Sistema de Clasificación NIOSH
Los respiradores se clasifican según 1:
- Resistencia a aceites: N (no resistente), R (algo resistente), P (resistente/a prueba de aceite)
- Eficiencia de filtración:
- 95: Filtra al menos 95% de partículas
- 99: Filtra al menos 99% de partículas
- 100: Filtra al menos 99.97% (esencialmente 100%) de partículas
Rendimiento de Filtros HEPA
Cuando se utilizan filtros HEPA en respiradores purificadores de aire particulado, la eficiencia del filtro es tan alta (efectivamente 100%) que la fuga del filtro no es una consideración 1. Prácticamente toda la fuga hacia adentro de núcleos de gotas ocurre en el sello facial del respirador 1.
Consideraciones Críticas de Uso
Degradación de Carga Electrostática
La importancia del electret debe considerarse en cualquier proceso de descontaminación que reduzca la carga electrostática 1. Esta es la razón por la cual los FFR fueron diseñados para un solo uso y luego desecharse, no para limpieza o uso prolongado 1.
Carga del Filtro en Entornos de Salud
En entornos de atención médica donde los respiradores se usan para protección contra aerosoles biológicos, la concentración de partículas infecciosas en el aire es probablemente baja 1. Por lo tanto:
- El material filtrante es muy poco probable que se ocluya con material aerotransportado 1
- No hay evidencia de que las partículas que impactan en el material filtrante se re-aerosolicen fácilmente 1
- El material filtrante debe permanecer funcional durante semanas a meses 1
Advertencia sobre Partículas de Combustión
La eficiencia de filtros N95 obtenida con el desafío de aerosol de NaCl puede no predecir con precisión (y más bien sobreestimar) la eficiencia del filtro contra partículas de combustión 6. Los valores de penetración de partículas de combustión fueron significativamente más altos que los de partículas de NaCl (p < 0.05) 6, atribuido a la degradación del filtro N95 por componentes orgánicos hidrofóbicos generados por la combustión 6.
Limitación Fundamental
Los respiradores solo atrapan patógenos aerotransportados, pero no los destruyen ni inactivan 7. Actualmente no existe un nivel seguro conocido de exposición a aerosoles biológicos 7.