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RASGO TECNICA
Este artículo fue publicado en ASHRAE Journal, septiembre de 2021. Copyright 2021 ASHRAE. Publicado en www.ashrae.org. Este
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ASHRAE Journal, visite www.ashrae.org.
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Modos de transmisión de virus y estrategias de mitigación, parte 4
Estrategias adicionales de mitigación de virus
POR JONATHAN BURKETT, P.E., HFDP, MIEMBRO DE ASHRAE
La cuarta parte de este artículo de cuatro partes se basa en las estrategias de mitigación de
virus que se iniciaron en la tercera parte del ASHRAE Journal de agosto. Analiza tecnología
emergente, 1 tratamientos desinfectantes y otros métodos de mitigación en sistemas HVAC de
zona única.
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Jonathan Burkett, P.E., es ingeniero mecánico en Buford Goff & Associates en Columbia, Carolina del Sur.
Este artículo revisado por pares no representa la guía oficial de ASHRAE. Para obtener más información sobre los recursos de ASHRAE sobre COVID-19, visite
ashrae.org/COVID19.
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Limpieza de aire en interiores y exteriores UVGI
Los sistemas de zona única a menudo pueden tener limitaciones en la cantidad de aire
exterior, la tasa de flujo de aire total y la caída de presión que pueden manejar con éxito.
También pueden existir limitaciones en la longitud y el tamaño de los conductos que se
encaminan a un espacio, lo que dificulta la instalación de los rayos ultravioleta (UV) en los
conductos. Las soluciones en la habitación pueden ser efectivas en estas situaciones.
La filtración de aire en la habitación es un método para proporcionar aire de ventilación
adicional a un espacio. Las unidades portátiles de filtración de aire a menudo se clasifican de
acuerdo con su tasa de suministro de aire limpio (CADR). La Asociación de Fabricantes de
Electrodomésticos (AHAM) creó un estándar2 para evaluar filtros de aire portátiles basados en
polen (rango de tamaño de partículas de 5 μm a 11 μm), polvo (rango de tamaño de partículas
de 0.5 μm a 3 μm) y humo de tabaco (rango de tamaño de partículas 0.09 μm a 1 μm) .3,4 Las
pruebas se realizan en una habitación de 1,008 𝑓𝑡 3 (28.5 𝑚3 ) y se basan en la diferencia
medida en las tasas de descomposición o eliminación con el filtro de aire en funcionamiento y
sin aire limpiador en funcionamiento3 (Figura 1).
Un estudio de Foarde comparó la tasa de CADR para un filtro de aire y la tasa de eliminación
de aire limpio para aerosoles microbiológicos (CARm) .5 El estudio encontró que tanto el CADR
como el CARm del dispositivo eran consistentes con la eficiencia del filtro del filtro de aire y
diseño de la tasa de flujo volumétrico.5 En el estudio, el CADR del humo, el polvo y el polen
siguió de cerca al CARm de los microorganismos probados.5 Para las partículas, la AHAM
recomienda que el tamaño máximo de la habitación se base en una reducción del 80% de las
concentraciones de partículas de estado estable en los rangos de tamaño de humo, polvo y
polen (no se dan recomendaciones para CARm) .4 Para una habitación con un techo de 2,4 m
(8 pies), la tasa de CADR puede multiplicarse por 1,55 para obtener el tamaño de habitación
máxima recomendada. Debido a las limitaciones de la prueba, la escala CADR sube a un
máximo de 400 a 450 dependiendo del tamaño de partícula.2
Otra forma de cuantificar la filtración en la habitación es mediante la tasa de cambio de aire
efectiva (eACH). Un estudio de Miller-Leiden, et al., Analizó la eficiencia del filtro de aire
portátil y del filtro de aire montado en el techo para el control de la tuberculosis. 6 En
comparación con una condición de caso base de 2 ach de aire exterior, el estudio mostró que
las concentraciones de núcleos de gotitas se podían reducir entre un 30% y un 90% añadiendo
filtración al interior de la habitacion.
Otros resultados mostraron que los medios filtrantes HEPA y los medios filtrantes con una
eficiencia del 90% obtuvieron lo mismo en su prueba. Dado que los núcleos de gotitas emitidos
en la habitación no estaban confinados, la eficiencia de un solo paso influyó menos en los
resultados porque los núcleos de gotitas podían pasar por alto el filtro para entrar en la zona
de respiración de una persona susceptible. Si se puede interrumpir la ruta de la fuente al
receptor, se puede obtener una mayor protección. Los resultados también mostraron que el
aumento de las tasas de eACH veces aumentaba la eficiencia y otras veces la disminuía. Este
efecto podría deberse al aumento de eACH que afecta los patrones de flujo de aire en la
habitación.6
Una simulación de Qian, et al., De purificadores de aire HEPA portátiles encontró que el
"fuerte suministro de aire del filtro HEPA portátil interactuó con el patrón de flujo de aire de la
habitación y se volvió dominante, introduciendo una mezcla de flujo de aire global en la
habitación".7 El impacto de la unidad de filtración en la habitación debe tenerse en cuenta al
evaluar el diseño de distribución de aire de una habitación. Se puede usar una ecuación para la
tasa de cambio de la concentración en el aire interior para evaluar la relación entre ventilación
y filtración. La Figura 2 muestra una versión transitoria (tanto la persona infecciosa como la
persona susceptible ingresan a una sala inicialmente limpia) y una versión de estado estable (la
persona infecciosa ha estado en la sala mucho antes de que ingrese la persona susceptible).
La irradiación germicida de la habitación superior o Upper-room germicidal irradiation (UVGI)
utiliza accesorios montados en la pared o suspendidos en el techo en una habitación ocupada
para tratar el aire sobre los ocupantes y matar los microorganismos. Se utilizan rejillas o
protectores para bloquear la vista del UV-C para mantener seguros a los ocupantes. En 1937,
Wells, et al., Utilizaron con éxito la UVGI en la habitación superior para prevenir la propagación
epidémica del sarampión en las escuelas diurnas de los suburbios de Filadelfia.8 Entre 1969 y
1972, Riley y otros realizaron estudios de habitaciones modelo para evaluar el uso de la UVGI
en la habitación superior para reducir la concentración de organismos de prueba en aerosol en
la habitación inferior.8 En estas pruebas, se demostró que la mezcla entre la habitación
superior e inferior era imperativa para una desinfección eficaz y que la alta humedad reducía la
eficacia de la UVGI.8
Se han establecido dosis efectivas de UVGI para una amplia gama de especies microbianas,
pero algunas de estas dosis se determinaron para organismos en placas de Petri en lugar de en
forma de aerosol y podrían sobrestimar la dosis requerida para la inactivación.9 Los virus como
la influenza, la viruela y los adenovirus carecen una pared celular y se inactivan más fácilmente
que las bacterias vegetativas o las esporas.9 Una dosis que inactive Mycobacterium
tuberculosis será más que adecuada para inactivar la mayoría de los virus respiratorios.9
En espacios con mala ventilación, se pueden utilizar ventiladores de techo (a velocidades bajas
y medias) para promover el movimiento vertical del aire y el transporte rápido de
microorganismos a la parte superior de la habitación y aumentar el rendimiento del sistema
UVGI de la habitación superior.10 Sin embargo, existen indicios de que las altas velocidades del
ventilador no aumentan el rendimiento, pero pueden reducir el tiempo que el microorganismo
permanece en el campo de irradiación UV y aumentar la probabilidad de inhalación antes de
que se inactive.10
El rendimiento de la UVGI de la habitación superior también se puede indicar en tasas de
cambio de aire equivalentes o equivalent air change rates (eACH). Los estudios han
demostrado que las micobacterias en aerosol se pueden desinfectar en el rango de 10 eACH
20 eACH.9 Además, un estudio de Beggs, et al., Ha demostrado que la UVGI de la habitación
superior puede ser efectiva contra COVID-19.11 En 2009, el Departamento de Salud and Human
Services publicaron pautas para la UVGI en la habitación superior para el control de la
tuberculosis en entornos de atención médica.12 Muchas de estas recomendaciones también se
aplicarían a la mitigación de virus.
Las pautas mostraron que las tasas de fluencia UV por debajo de 12 μW / 𝑐𝑚2 (1.2 eACH) en la
zona superior irradiada produjeron una inactivación mínima de microorganismos. Se
recomienda una irradiancia UVGI de 30 μW / 𝑐𝑚2 a 50 μW / 𝑐𝑚2 para inactivar
Mycobacterium tuberculosis, y la distribución de UVGI debe ser lo más uniforme posible. La
combinación de aire de ventilación y UVGI de la habitación superior dio como resultado un
aumento en la eficiencia total (para habitaciones bien mezcladas), hasta 6 ach de ventilación.12
Por encima de 6 ach, la efectividad del UVGI puede disminuir (aunque la efectividad general
aún puede ser alta). ) .12 Por último, para obtener resultados óptimos, la humedad relativa de
la habitación debe controlarse al 60% o menos.12
FIGURA 1 Ecuación de la tasa de suministro de aire limpio.
𝐶𝐴𝐷𝑅 = 𝑉(𝑘𝑡 − 𝑘𝑛 )
𝑘𝑛 =Tasa constante de descomposición natural (sin filtro de aire en la cámara de prueba)
𝑘𝑡 = constante de decaimiento de prueba
𝑉 = Volumen de cámara de prueba
𝐶𝐴𝐷𝑅 = tasa de suministro de aire limpio
𝑘 constante de decaimiento es calculado por:
𝐶𝑡𝑖 = 𝐶𝑡𝑜 𝑒 −𝑘𝑡𝑖
𝐶𝑡𝑖 =Concentracion en el momento 𝑡𝑖 (particulas/cc)
𝑘 =constante de decaimiento
𝐶𝑡𝑜 =Concentracion en 𝑡 = 0 (inicial)
𝑡𝑖 =Tiempo en 𝑡 = 𝑖 (minutos)
FIGURA 2 Ecuación concentración de partículas en interiores.
𝐺
𝐶(𝑡) =
∗ (1 − 𝑒 −(𝐴𝐶𝐻𝑉 +𝜂𝐹𝐴𝐶𝐻𝐹 )𝑡 )
(𝐴𝐶𝐻𝑉 + 𝜂𝐹 𝐴𝐶𝐻𝐹 )𝑉
Concentración transitoria:
1 𝑇
𝑇
𝐶 = ∫ 𝐶(𝑡)𝑑𝑡
𝑇 0
Concentración en estado estacionario:
𝐺
𝐶𝑆 =
(𝐴𝐶𝐻𝑉 + 𝜂𝐹 𝐴𝐶𝐻𝐹 )𝑉
𝐶(𝑡) = Concentración (𝑚3 ) de particualas de aire a la vez t(h)
𝐺 = Tasa de emisión de núcleos de gotitas (ℎ−1 )
𝑉 = Volumen (𝑚3 )
𝐴𝐶𝐻𝑉 = 𝑄𝑉 /𝑣 = tasa de intercambio de aire debido a la ventilación (ℎ−1 )
𝐴𝐶𝐻𝐹 = 𝑄𝐹 /𝑣 = tasa de intercambio de aire debido a la filtración (ℎ−1 )
𝜂𝐹 =eficiencia del filtro de un solo paso
𝑡 =h
𝑄𝑉 = Tasa de ventilación de la habitación (𝑚3 ℎ−1 )
𝑄𝐹 = Recirculación de la tasa de flujo de aire a través del filtro.(𝑚3 ℎ−1 )
Tecnología emergente
Varios tipos de tecnología de limpieza del aire se pueden clasificar como emergentes. Es
posible que estas tecnologías no sean nuevas para la industria, pero su efectividad viral puede
no estar probada o aún requerir pruebas adicionales de terceros.
La ionización bipolar ha recibido mucha atención desde el comienzo de la pandemia actual. La
ionización se clasifica típicamente como ionizadores de punta de aguja o ionizadores de
descarga de corona (barrera dieléctrica). Los ionizadores producen iones con carga positiva,
iones con carga negativa o ambos. Un estudio de Hyun, et al., Analizó el efecto de los iones de
aire generados por la descarga de corona sobre el bacteriófago MS2.13 en aerosol. La prueba
separó la eficiencia antiviral del ozono producido en el proceso de creación de iones (30 ppb al
4,52%). Los resultados mostraron que la eficacia antiviral para los iones bipolares fue mayor
que la de los iones positivos o negativos individualmente, y la eficacia antiviral de los iones de
aire bipolares a una concentración de 107 iones/cm3 fue del 64,3%, 89,1% y 96,4% con tiempos
de exposición de 15, 30 y 45 minutos.13
Un estudio de Berry, et al., Analizó el efecto de los purificadores de aire iónicos en las
proporciones de partículas en un entorno residencial.14 Una cosa que mostró el estudio fue
que los experimentos en cámaras deshabitadas pueden no reflejar el desempeño real en un
espacio. Otro estudio de Fletcher, et al., Mostró que a medida que aumentan las tasas de
generación de iones, los efectos electrodinámicos debidos a los iones se vuelven cada vez más
importantes, y la deposición de la pared se convierte en el mecanismo de eliminación de iones
dominante.15 Es importante señalar que la alta tasa de generación de iones utilizado en
pruebas de cámara puede no ser práctico de producir en un espacio ocupado. Si bien se han
completado varias pruebas de cámara, es necesario realizar más investigaciones para
determinar la densidad iónica efectiva requerida para la inactivación del virus en un espacio
ocupado.
Los precipitadores electrostáticos (ESPs) imparten una carga a las partículas en el aire, que
luego se dirigen y se depositan en una placa de recolección metálica. Los PES tradicionales
tienen eficiencias de recolección dependientes del tamaño, siendo bajas las eficiencias de
recolección de partículas en el rango de tamaño submicrónico y nanométrico.16-18 Las
partículas en el rango de 0.1 μm a 1 μm son más difíciles de cargar y exhiben baja movilidad
eléctrica y mecánica.17 Para mejorar la recolección de partículas pequeñas y virus, se pueden
añadir emisores de rayos X suaves (longitudes de onda de 0,12 nm a 0,41 nm) a los
precipitadores electrostáticos.16-18 Estos emisores ayudan a cargar las partículas produciendo
iones bipolares adicionales y mediante fotoionización directa. 16,17
Un estudio de Hogan, et al., Encontró que a bajos voltajes (por debajo del inicio de la corona)
la irradiación de rayos X suaves disminuyó la fracción de partículas no cargadas, mejoró
significativamente la eficiencia de captura de partículas en partículas ultrafinas y microbios
inactivados antes de la recolección.18 Otros dos estudios 16,17 mostraron que a voltajes
aplicados más altos, la eficiencia de captura de virus aumentó (incluso sin los rayos X suaves)
porque la descarga de corona producía iones bipolares. La descarga de corona estuvo presente
a –10 kV, –8 kV, +8 kV y +10 kV, pero es importante tener en cuenta que el ozono también está
presente durante la descarga de corona.16 Las concentraciones máximas de ozono ocurrieron a
–10 kV con niveles de ozono que alcanzaron 156 ppm, que está muy por encima del límite de
exposición al ozono.
La oxidación fotocatalítica o Photocatalytic oxidation (PCO) utiliza una luz ultravioleta para
permitir el cambio químico (oxidación o reducción) mediante catálisis activada por fotones.19 El
catalizador más común es el dióxido de titanio (TiO2), pero también se utilizan otros.20 Un
estudio de Guillard, et al. , mostró que la fotocatálisis proporcionó una reducción del 80% en el
virus de la influenza aviar (A/H5N2), sin contar la luz ultravioleta.21 Cuando se agregó la luz
ultravioleta, el virus se eliminó por completo en una sola pasada.21
Los estudios han demostrado que la inactivación de los virus por fotocatálisis se inicia por su
adsorción en las nanopartículas del catalizador seguida de un ataque a la cápside de la
proteína.22 Otros estudios sugieren que la inactivación se debe a los radicales hidroxilo libres.22
Otro estudio de Kozlova, et al., Encontró que el virus de la vacuna y el virus de la influenza A
(H3N2) se inactivaron entre un 90% y un 99,8% después de 30 minutos de exposición. Sin
embargo, a pesar de los resultados prometedores, la PCO tiene el potencial de producir
subproductos como el formaldehído debido a una oxidación incompleta. 19, 20 Además, existe
una reducción potencial en la eficiencia del catalizador con el tiempo 19,20. Estas limitaciones
deben ser evaluadas al implementar esta tecnología.
Far-UV-C se refiere a dispositivos que operan en el rango de longitud de onda de 207 nm a 222
nm.24 La luz UV-C en este rango es fuertemente absorbida por materiales biológicos y no
penetra a través de las capas externas de células muertas (estrato córneo) en la superficie de
la piel humana o en la capa lagrimal externa del ojo.24 Dado que el UV-C lejano solo puede
penetrar unos pocos micrómetros, no puede alcanzar las células humanas vivas en la piel o los
ojos.25 Sin embargo, esta luz aún puede inactivar las bacterias y virus con eficiencias
comparables a UV-C en la longitud de onda de 254 nm debido al tamaño celular más pequeño
del virus.24 Buonanno, et al., encontraron que dosis bajas (1.2 mJ/cm2 a 1.7 mJ/cm2) de 222 nm
inactivaban 99.9 % de los coronavirus humanos transmitidos por el aire analizados.25
Welch, et al., También encontraron que 2 mJ/cm2 de luz de 222 nm podrían inactivar el 95% o
más del virus de la influenza H1N1 en aerosol.24 El valor límite umbral (TLV) para la luz de 222
nm a la que el público puede estar expuesto es 23 mJ/cm2 por exposición de ocho horas.25
Según la exposición a UV-C lejana establecida en el límite reglamentario, la exposición
continua podría resultar en un 90% de inactivación viral de virus en el aire en
aproximadamente ocho minutos, 95% en 11 minutos, 99% en 16 minutos y 99,9% en 25
minutos.25
Muchas de las tecnologías emergentes enumeradas anteriormente también tienen el potencial
de producir ozono. La norma ASHRAE 62.1–201926 requiere que los dispositivos de limpieza de
aire que pueden producir ozono estén listados y etiquetados de acuerdo con UL 2998,
Procedimiento de validación de declaraciones ambientales o Environmental Claim Validation
Procedure (ECVP) para cero emisiones de ozono de los limpiadores de aire.
Tratamientos desinfectantes
Algunos tratamientos que se utilizan para la desinfección pueden ser aceptables en
determinadas situaciones. Estos tratamientos a menudo solo se utilizan durante los períodos
de desocupación, ya que a menudo son perjudiciales para los ocupantes del espacio. Estos
tratamientos también pueden requerir que se purgue el espacio antes de la ocupación.
El primer generador de ozono fue patentado por Nikola Tesla en 1896.27 Desde entonces, el
ozono se ha utilizado intermitentemente para purificar el aire y el agua. Últimamente, las
investigaciones que muestran el efecto del ozono en la salud de los ocupantes han hecho que
el uso de estos dispositivos como purificadores de aire sea inseguro en la mayoría de las
situaciones.20
El ozono, incluso en niveles bajos, puede producir problemas respiratorios en humanos y, de
hecho, causar otros riesgos para la salud a través de la formación de formaldehídos y
aldehídos.20 ASHRAE afirma que, según la ciencia actual, “no hay consenso sobre el nivel
seguro de ozono”. 20 ASHRAE El estándar 62.1-2019, Tabla D-126 enumera el límite de las ocho
horas en 0.07 ppm, y la EPA y otras agencias sugieren evitar el uso de limpiadores de aire que
usan ozono.20,40
Algunos estudios han demostrado que el ozono se puede utilizar para la inactivación de virus.
Dubuis, et al., Encontraron que los niveles "bajos" de ozono y la humedad relativa (HR) alta
(1,23 ppm y 85% de HR, respectivamente) podrían inactivar bacteriófagos en dos órdenes de
magnitud después de 40 minutos.28 Un estudio de Hudson, et al. ., también mostró que el
norovirus podría inactivarse en superficies con altos niveles de ozono (20 ppm a 25 ppm) .29
Otro estudio de Hiroshi, et al., mostró resultados similares para la influenza.30 La vida media
del ozono es de aproximadamente 20 minutos, y rápidamente se descompone en oxígeno.29
El uso de un convertidor catalítico también puede acelerar la eliminación del gas.29 Dado que
estos estudios utilizaron niveles de ozono superiores a los niveles seguros en un espacio
ocupado, no se recomienda el uso de ozono en un espacio ocupado. El uso en un espacio
desocupado puede ser aceptable. Sin embargo, otros métodos como la ventilación tienen más
sentido para las ocupaciones educativas.
Los desinfectantes químicos como hipoclorito, peroximonosulfato, alcoholes, compuestos de
amonio cuaternario y peróxido de hidrógeno son típicos para la desinfección de superficies de
virus.31 El peróxido de hidrógeno vaporizado (VHP) también se ha utilizado en sistemas de
desinfección diseñados para el control de virus.31 Un estudio de Goyal, et al. al., ha mostrado
una reducción de 4 log o más para los virus secados en superficies.32 VHP requiere que los
espacios estén sellados para evitar que el vapor escape. Además, el espacio debe estar
desocupado ya que altas concentraciones de VHP pueden ser peligrosas.1
Las nanopartículas de plata (AgNP) se han utilizado en aerosoles comerciales de virus para la
desinfección de superficies de virus. La plata tiene una acción antimicrobiana de amplio
espectro contra diversas bacterias, hongos y virus.33 Los estudios han demostrado que las
concentraciones de AgNP entre 10 ppm y 100 ppm tienen un efecto antiviral.33 Jeremiah, et al.,
Encontraron que las concentraciones entre 1 ppm y 10 ppm fueron capaces de inhibir el SARSCoV-2.33 Las regulaciones para AgNP aún están en desarrollo con el límite de exposición actual
recomendado por NIOSH para el polvo de metal de plata y compuestos solubles a 10 μg/m3
como una concentración promedio ponderada en el tiempo de ocho horas.34,35 Este límite fue
desarrollado para proteger contra la argiria y la argirrosis.34
Métodos adicionales
Además de los métodos enumerados anteriormente, se han propuesto varios otros métodos
que aún deben ser examinados por su aplicabilidad y rendimiento. Algunos están a
continuación.
Se ha propuesto el vacío UV (VUV) como un método para inactivar virus en el aire. Un estudio
de Kim, et al., Mostró una eficiencia de inactivación del 90% para los virus MS2 bajo un tiempo
de irradiación VUV de 0.009 segundos usando un proceso de fotocatálisis.36 Cabe señalar que
VUV produce ozono que tendría que ser mediado.
Los filtros de enzimas pueden erradicar los microbios atacando la membrana celular
microbiana si entran en contacto cercano con los microbios. Sin embargo, la adhesión de
partículas a lo largo del tiempo en la superficie del filtro puede evitar el contacto cercano entre
las enzimas y los microbios en el filtro y reducir su desempeño.37 Los estudios preliminares han
mostrado poca diferencia en el desempeño entre filtros con y sin enzimas.37
Los rotores desecantes se han adaptado para la limpieza del aire interior. En las pruebas se
demostró que los rotores de gel de sílice proporcionan una alta eficiencia de limpieza del aire
(94% o más para los COV), lo que también podría aplicarse a la mitigación de virus.37
La investigación sobre los aceites esenciales y su efecto sobre los microbios ha sido un tema de
estudio durante muchos años. Sin embargo, la ambigüedad en la investigación dificulta la
reproducibilidad de muchas de estas pruebas.38 Brochot, et al., Encontraron que una mezcla de
aceites esenciales produjo una reducción del 99% en H1N1 y HSV-1 con un tiempo de contacto
de 60 minutos.39 Desde Algunos de estos aceites esenciales también pueden ser tóxicos para
las células humanas o causar reacciones de hipersensibilidad en algunos ocupantes; es
necesario realizar más investigaciones.37
Conclusiones
Esta serie de artículos de marzo, abril, agosto 41–43 y este número de ASHRAE Journal ha
analizado los virus y su liberación en un espacio, el efecto de factores ambientales como la
temperatura y la humedad, el efecto del sistema de distribución de aire en la propagación de
núcleos de gotitas y varias técnicas de mitigación comunes y menos comunes aplicables a
sistemas de zona única. Los enfoques tradicionales para la mitigación de virus, como la
ventilación y la filtración, generalmente tienen la mayor cantidad de investigaciones a favor de
su eficacia. Sin embargo, el costo operativo y de mantenimiento de estos enfoques ha hecho
que muchas personas busquen respuestas en otras tecnologías. Está claro que aún se necesita
más investigación e innovación en muchos de estos casos para determinar la eficacia en el
espacio real y los beneficios y riesgos para la salud a largo plazo al usar esta tecnología.
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