What Are HEPA Filters and How Do They Work?

El término "filtro HEPA" puede resultar confuso. ¿Qué significa HEPA? ¿De qué está hecho un filtro HEPA y qué lo convierte realmente en un filtro HEPA?

¿Qué es un filtro HEPA?

"HEPA" significa "aire de partículas de alta eficiencia" (filtro). Suena complicado, pero los filtros de aire HEPA no son nada lujosos. Fueron inventados en la década de 1940, cuando los científicos estaban desarrollando la bomba atómica, y no son más que una estera de fibras alineadas al azar, hechas de vidrio o materiales sintéticos. El material sintético utilizado en el filtro de aire es similar al que se utiliza en las camisetas de secado rápido.

Por otro lado, los filtros de aire de fibra de vidrio están hechos de vidrio, es decir, sílice, alúmina, óxido de calcio, óxido de boro, óxido de magnesio y óxido de sodio.

Lo importante de los filtros de aire HEPA es que son increíblemente efectivos para capturar partículas de casi todos los tamaños. Pueden capturar virus, bacterias, polen, PM2.5, alérgenos y más. Los filtros de aire HEPA son el componente más importante de cualquier purificador de aire.

Para ver cómo se ve la estera de fibras alineadas aleatoriamente, aquí hay un primer plano del filtro HEPA que Smart Air fabrica para el purificador de aire Sqair y luego, junto a él, una vista a nivel nano con la ayuda de un microscopio.

¿Qué hace que un filtro sea un filtro HEPA?

Bien, entonces, si los filtros HEPA se inventaron en la década de 1940 y no son nada lujosos, entonces ¿qué hace que cualquier filtro antiguo sea un filtro HEPA? Resulta que utilizar el término "HEPA" tiene un conjunto estricto de requisitos . En Europa, los filtros HEPA deben eliminar el 99,95% (ISO) de las partículas. En EE.UU. deben eliminar el 99,97% de las partículas.

Estándar Tasa de filtración de MPPS
ISO/europeo (ISO29463/EN 1822) ≥ 99,95%
Estándar de EE. UU. (MIL-STD-282) ≥ 99,97%

Cuando se siguen las normas ISO o europeas, los filtros que capturan ≥85% de las partículas pero menos del 99,95% se denominan 'filtros EPA' o 'filtro de aire de partículas eficiente'. Estos filtros de aire no cumplen con el requisito de filtración para ser considerados un "filtro de aire HEPA".

Por otro lado, los filtros que superan los requisitos de un 'filtro de aire HEPA' y capturan más del 99,999% de las partículas se denominan 'filtros ULPA' o 'filtro de aire de penetración ultrabaja'.

Designación Tasa de filtración
EPA (filtro de aire de partículas eficiente) 85% – 99,95%
HEPA (filtro de aire de partículas de alta eficiencia) 99,95% – 99,999%
ULPA (filtro de aire de penetración ultrabaja) ≥99,999%

Bien, pero ¿qué significa “partículas”? ¿Todas las partículas? ¿Un tamaño particular de partículas? Resulta que los HEPA se prueban con el “tamaño de partícula más penetrante” (MPPS); hablaremos de eso más adelante.

¿Cómo funcionan los filtros HEPA? 

La respuesta a esta pregunta es lo más fascinante de los filtros HEPA. La mayoría de nosotros podríamos empezar a pensar que los filtros HEPA funcionan como una red, así.

Si una partícula es más pequeña que los agujeros de la red, pasa. ¡Tiene sentido!

Método 1 del filtro HEPA: partículas grandes

Esa intuición es cierta para las partículas grandes. Por "grande", normalmente nos referimos a más de 1 micrón. En comparación, un cabello humano mide unas 50 micras de ancho. Entonces, 1 micrón es bastante pequeño.

Pero estas partículas “grandes” vuelan hacia un filtro HEPA, son demasiado grandes para pasar y se quedan atascadas. Los científicos tienen un nombre para eso. Cuando las partículas quedan atrapadas entre dos fibras, lo llaman "tensión".

Método 2 del filtro HEPA: partículas más pequeñas

¿Qué sucede con las partículas menores de 1 micrón? Veamos el siguiente rango de tamaño: 0,3 – 1 micras. Estamos hablando del tamaño de una bacteria.

Las partículas de este tamaño pueden caber entre los espacios del filtro. Pero tienen un problema. Intentarán seguir el aire alrededor de una fibra de filtro HEPA, pero son un poco pesados. Entonces algunos de ellos no se mueven lo suficientemente rápido y terminan atascados. Los científicos llaman a esto "intercepción".

Método 1 del filtro HEPA: partículas realmente pequeñas

Bien, entonces, ¿pasan las partículas por debajo de ese tamaño? Para las partículas realmente pequeñas (menos de 0,3 micrones), la ciencia se vuelve más extraña. Estas partículas tan pequeñas tienen tan poca masa que en realidad rebotan como una bola de billar cuando golpean las moléculas de gas (eso se llama Movimiento browniano ). Entonces se mueven en patrones aleatorios en zigzag.

Estas partículas son tan pequeñas que podrían pasar fácilmente a través de filtros HEPA. Pero lamentablemente (para su libertad) y felizmente (para nuestros pulmones), no vuelan en línea recta. Debido a que vuelan en zigzag, terminan golpeando las fibras y atascándose. Los científicos llaman a eso difusión.

Así es como funcionan las tres mecánicas de captura:

Y así es como funcionan las tres mecánicas diferentes para diferentes tamaños de partículas. El esfuerzo y el impacto capturan partículas grandes; la interceptación captura partículas medianas; y la difusión captura las partículas más pequeñas.

¿Cuál es el tamaño de partícula más penetrante para un filtro de aire HEPA?

Entonces, ¿cuanto más grande es la partícula, mejor la filtra un filtro HEPA? ¡No tan rapido! ¿Notaste la caída en el último gráfico? Esto sucede porque la difusión funciona muy bien por debajo de aproximadamente 0,3 micrones. El esfuerzo y otras mecánicas que son más intuitivas funcionan muy por encima de 0,3 micrones.

Donde esas dos mecánicas se cruzan es el tamaño de partícula más difícil de capturar. Esto se debe a que no es tan pequeño para que la difusión pueda ejercer toda su fuerza, y no es lo suficientemente grande como para que el esfuerzo ejerza toda su fuerza. Llámelo el "punto débil" de los filtros HEPA. Esta caída en el gráfico se denomina tamaño de partícula más penetrante.

La caída en el gráfico ocurre más comúnmente alrededor de la marca de 0,3 micrones, razón por la cual la gente menciona 0,3 micrones todo el tiempo.

Los filtros HEPA pueden capturar nanopartículas

Vea cómo la línea sube a la izquierda de la caída en el gráfico.

Ése es el movimiento y la difusión brownianos en acción. La difusión es increíblemente eficaz para capturar nanopartículas. Eso significa que los filtros HEPA también son increíblemente efectivos para capturar nanopartículas.

Leer más: ¿Pueden los filtros HEPA capturar el coronavirus?

¿Los filtros HEPA también pueden capturar gases y COV?

Dado que los filtros HEPA son tan buenos para capturar nanopartículas, es razonable pensar que también podrían capturar COV y gases. Desafortunadamente, este no es el caso. Como los gases no son partículas, se mueven y se comportan de manera diferente en el aire. Para capturar COV y gases necesitará un filtro de carbón para eso.

Leer más: ¿qué combinación de filtros de aire necesito para protegerme de todos los contaminantes? »

¿Puedo limpiar un filtro HEPA?

No se recomienda limpiar los filtros HEPA con agua, ni aspirarlos ni golpearlos, ya que puede dañar las fibras de los filtros HEPA. Smart Air probó el lavado de filtros HEPA en el Smart Air Lab. Obtenga más información sobre los daños de limpiar su filtro HEPA aquí .

Conclusión sobre los filtros HEPA

Los filtros HEPA son filtros de alta eficiencia que normalmente capturan más del 99,5% de toda la contaminación por partículas. Están hechos de plástico (PP+PET) o fibra de vidrio y pueden capturar elementos como polen, virus, bacterias, moho y PM2.5. La difusión también significa que son muy eficaces para capturar nanopartículas.

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¡Mira el cuadrado!

Por Michael Cole
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