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”.