Filtros HEPA: atrapar partículas con trucos físicos

Desarrollados para el ejército, hoy son indispensables en la industria

Los filtros de aire se diferencian según el tamaño de las partículas que extraen del aire. Los filtros de polvo grueso atrapan las partículas mayores de 10 micras (por ejemplo, pelo y arena), mientras que los filtros de polvo fino atrapan las partículas de 1 a 10 micras (por ejemplo, polen, esporas, polvo de cemento). Incluso las partículas más pequeñas quedan atrapadas en los filtros de partículas en suspensión, entre los que se encuentran los filtros EPA, ULPA y HEPA. Separan del aire incluso partículas inferiores a 1 micrómetro de diámetro (por ejemplo, aerosoles, bacterias, coronavirus).

Los filtros HEPA (High Efficiency Particulate Air Filter) se desarrollaron en el transcurso de la investigación sobre armas nucleares en la década de 1940. La nueva tecnología debía ser capaz de eliminar incluso las partículas radiactivas más pequeñas del aire. En la actualidad, los filtros HEPA se utilizan en quirófanos, salas blancas, laboratorios y sistemas de aire acondicionado de aviones. Los fabricantes de semiconductores, la tecnología nuclear y muchas otras industrias también confían en estos filtros para minimizar la contaminación del aire en las instalaciones de investigación y producción.

Las partículas se pegan a las fibras del filtro por adhesión

Los filtros HEPA están formados por una malla multicapa de fibras de vidrio muy finas u otro tejido como la celulosa. Una sola fibra filtrante tiene un diámetro de solo 1 a 10 micrómetros. A diferencia de los prefiltros más gruesos, los filtros HEPA no responden al principio de tamizado. La red de fibras de un filtro HEPA es, de todos modos, demasiado poco homogénea, pues cada una de las fibras tienen a veces distancias mayores y otras menores entre sí. En su lugar, aprovechan las propiedades físicas del movimiento de las partículas pequeñas de diferente tamaño para capturarlas.

• Efecto de inercia: gracias a la inercia de su masa, las partículas más grandes no siguen los sutiles cambios de dirección del flujo de aire alrededor de las fibras. En lugar de ello, rebotan en las fibras y se unen a ellas mediante las fuerzas de adhesión.
• Efecto barrera: las partículas de tamaño medio siguen el flujo de aire alrededor de las fibras, pero forzosamente entran en contacto con el tejido en algún momento y se adhieren.
• Efecto de difusión: las partículas inferiores a 1 micrómetro no se mueven uniformemente a través del tejido filtrante, sino de forma caótica. Esto se debe a la difusión, es decir, a la colisión constante con las moléculas de gas. Como consecuencia, las partículas recorren una larga distancia dentro del filtro hasta que finalmente quedan atrapadas en una fibra del tejido.

Al aprovechar estos efectos físicos, los filtros HEPA también pueden atrapar partículas que son significativamente más pequeñas que los espacios entre cada una de las fibras. Las esterillas filtrantes suelen instalarse plegadas para aumentar la superficie filtrante útil manteniendo el mismo tamaño de marco. De este plisado se beneficia sobre todo la separación de las partículas más pequeñas por el efecto de difusión.

Solo 5 de cada 100.000 partículas atraviesan un filtro H14

Los filtros de partículas en suspensión (EPA, HEPA y ULPA) se clasifican según EN 1822. Cuanto más alta sea la clase de filtro, mayor será la cantidad de partículas especialmente difíciles de filtrar de 0,1 a 0,3 micrómetros de tamaño que quedan atrapadas en el tejido. Un filtro HEPA de clase H14 tiene un índice de separación del 99,995 %. Así, de 100.000 partículas, solo 5 salen por el otro lado.

Además de los filtros desechables, también existen los que se pueden limpiar y reutilizar. En cualquier caso, la limpieza suele ser ardua y nunca se eliminan todas las partículas de suciedad de la malla del filtro. Por otra parte, incluso los filtros HEPA reutilizables solo están diseñados para un número limitado de ciclos de limpieza. Puesto que los filtros reutilizables suelen ser más caros que las versiones desechables, no comportan de por sí un ahorro de gastos.

La orientación sobre las clases de filtros facilita la decisión de compra

Los fabricantes han identificado los filtros HEPA como una herramienta de marketing eficaz y, en consecuencia, a menudo intentan promocionar sus equipos empleando la palabra de moda «HEPA». La gama de equipos HEPA abarca desde los purificadores de aire hasta los aparatos domésticos, como las aspiradoras. Con todo, se recomienda precaución porque los filtros «basados en HEPA» o «similares a HEPA» no siempre proporcionan el rendimiento de filtración que los consumidores esperan de ellos. Así pues, los que necesiten un filtro con un alto nivel de separación comprobado deberían buscar las dos clases de filtros HEPA H13 y H14. Para filtrar los virus se requiere la clasificación H14.

Gracias a su tejido denso y de malla fina, los filtros HEPA generan una elevada presión diferencial. No todas los aparatos de filtrado tienen instalado un ventilador lo suficientemente potente como para que fluya aire a través de él de forma suficiente. Asimismo, los filtros HEPA deben ir siempre precedidos de prefiltros. Las partículas gruesas que de otro modo obstruirían rápidamente el filtro final quedan atrapadas en el prefiltro.