¿Qué tienen en común los aerosoles, las partículas de polvo y los microbios?

(Imagen 2: Foto de una Flow-Box (Spetec Clean Boy® Mini))

(Imagen 1: Tamaño de las partículas en comparación)

Tabla 1: Clases de salas limpias según ISO 14644-1

La respuesta a esta pregunta compleja es de naturaleza física y es bastante sencilla de dar: es la cantidad que todos los tres tipos de partículas que actúan de manera diferente comparten, o mejor dicho, su extensión.

¿Qué cantidad tienen estas partículas?

Las proporciones de tamaño de algunos objetos seleccionados se muestran en la figura 1.

La escala de tamaño va desde un átomo con 10^-10 m hasta una naranja con un diámetro de 10 cm (0,1 m). En este artículo nos interesan objetos que son más pequeños que 0,1 mm, es decir, 100 µm, y que por ello ya no se pueden distinguir a simple vista, y por tanto pertenecen a los micro-objetos, que aunque invisibles, pueden influir significativamente en nuestra vida.

Las partículas esféricas (partículas, aerosoles, microbios) con diámetros inferiores a 30 µm pueden ser transportadas en el aire a grandes distancias, y recientemente científicos japoneses demostraron que los aerosoles generados por el ser humano pueden permanecer en el aire hasta 20 minutos si no se ventila, antes de que la gravedad los haga caer al suelo.

Un aerosol se define como una mezcla heterogénea (dispersion) de partículas sólidas o líquidas en un gas. Las partículas en suspensión se llaman partículas de aerosol o partículas aerosol. Las partículas más pequeñas tienen solo unos pocos nanómetros de tamaño y ya no pueden ser vistas con un microscopio óptico, sino solo con un microscopio electrónico, como por ejemplo virus, pero el diámetro de los aerosoles que nos interesan aquí está en el rango de micrómetros. Actualmente, los aerosoles son objeto de discusión porque el ser humano los produce inevitablemente al respirar y hablar, especialmente al cantar, y otras personas pueden inhalar estos aerosoles, que pueden estar cargados de virus o bacterias, si no se protegen adecuadamente, por ejemplo, manteniendo la distancia o usando una máscara facial, o se depositan en superficies, pudiendo alterar negativamente las propiedades del producto.

Se denomina bioaerosol a toda acumulación de partículas de origen biológico en el aire, que contienen hongos, bacterias, virus o polen, así como sus componentes de pared celular y productos metabólicos (por ejemplo, micotoxinas), o partículas a las que estos biopartículas están adheridas. En un sentido más amplio, todas las partículas de origen biológico, como escamas de piel o fibras, se consideran bioaerosoles. La propia persona es, por tanto, el mayor productor de bioaerosoles en interiores. Al exhalar, pequeñas gotas entran en el aire ambiente, y con cada movimiento se desprenden escamas, partículas de piel y fibras de su ropa, que permanecen en el aire durante mucho tiempo.

Entre las partículas biológicas más grandes en suspensión se encuentran, con diámetros aerodinámicos en el rango de 10 µm a 100 µm, los polen, mientras que los virus suelen tener un diámetro en el rango de 0,02 µm a 0,4 µm. Considerando que los polen bastante grandes pueden recorrer grandes distancias para provocar alergias incluso a distancia, las partículas más pequeñas, como los virus, pueden seguir en el interior de los espacios cerrados con cada corriente de aire, y ya no son eliminadas por los sistemas modernos de aire acondicionado. Sin ventilación y intercambio de aire, pueden permanecer en el aire durante muchas horas sin entrar en contacto con una superficie donde podrían ser absorbidas.

Los aerosoles no solo son exhalados por las personas, sino que también se inhalan fácilmente. Aproximadamente el 10 % de todas las partículas inhaladas permanecen en las vías respiratorias, mientras que el resto se exhala o se elimina mediante el movimiento de los cilios en los pulmones. Las partículas que pueden llegar al área bronquial se llaman respirables. Esto incluye todas las partículas de aerosol con un diámetro inferior a aproximadamente 10 micrómetros (PM10). Las partículas mayores ya se eliminan en la nariz o en la garganta, o no se inhalan en absoluto. Las partículas con un diámetro entre 0,5 y 1 micrómetro son las que menos se eliminan, lo que significa que penetran profundamente en los pulmones. En cualquier lugar donde en una producción se liberen polvo, aerosoles o partículas, la protección de las personas contra estas partículas es imprescindible. Todos recordamos las costosas remediaciones de asbesto, porque incluso unas pocas fibras de asbesto pueden causar cáncer de pulmón.

Microorganismo es la forma abreviada de microorganismo, es decir, un organismo cuya extensión en el rango de micrómetros está por debajo de 0,1 mm, y por tanto ya no visible a simple vista. Todos los microbios consisten en una sola célula. Si un núcleo celular, generalmente rodeado por una doble membrana que contiene el ADN, está claramente definido, hablamos de eucariotas, mientras que los procariotas no tienen núcleo celular. El criterio de tamaño reducido también lo cumplen levaduras, algas, protozoos (como amebas) y mohos, pero las definiciones más recientes de microbios solo incluyen bacterias y arqueas (también unicelulares sin núcleo, muy similares a las bacterias) y levaduras. Las bacterias y también las levaduras se utilizan frecuentemente en la industria alimentaria para obtener ciertas propiedades del producto, como en la elaboración de cerveza, pero también pueden estropear productos, como conocemos por mohos o bacterias coli.

En resumen, podemos decir que las partículas en suspensión (polvo, gérmenes, aerosoles o bioaerosoles) están presentes en todas partes en el aire y en interiores, y debido a sus pequeñas dimensiones, inferiores a 100 µm, pueden permanecer en el aire durante mucho tiempo o ser transportadas a grandes distancias por el flujo de aire.

¿Dónde y qué debemos proteger de estas partículas en suspensión?

Muchas de las partículas en suspensión mencionadas pueden alterar o incluso perjudicar las propiedades del producto.

En la industria alimentaria, todos los microorganismos transportados por el aire son indeseables, pero aún así están presentes en cualquier aire interior. Lo sabemos por experiencia propia, porque muchos alimentos son muy sensibles. Así, nuestro pan puede enmohecerse; la leche se vuelve agria o la fruta se pudre si se expone sin protección a estos organismos. Por eso, los productos sensibles y valiosos deben protegerse contra microorganismos.

En la fabricación óptica y electrónica, las partículas de polvo son el peor enemigo del fabricante, porque también están presentes en cualquier aire interior. En la producción de componentes ópticos o electrónicos, las partículas pueden alterar, perjudicar o destruir completamente la funcionamiento del producto, por lo que estos productos deben protegerse contra partículas de cualquier tipo.

En la industria farmacéutica y de tecnología médica, la esterilidad o la ausencia de gérmenes son especialmente importantes, pero los gérmenes están presentes en cualquier aire interior. Por ello, los dispositivos médicos como jeringas, bisturíes o materiales de vendaje y apósitos deben estar esterilizados y almacenados en condiciones estériles. Un embalaje estéril se puede garantizar fácilmente bajo un flujo de aire filtrado, pero un almacenamiento estéril puede ser más complicado. En consecuencia, en los hospitales, incluso los pacientes deben ser almacenados en condiciones estériles si ya se han detectado gérmenes multirresistentes.

Al hablar de cargas de partículas en interiores, hay que tener en cuenta dos fuentes de partículas. Las partículas de polvo provenientes del aire ambiente pueden controlarse mediante sistemas de filtración y circulación adecuados. Pero la segunda fuente, el ser humano, es mucho más difícil de controlar, porque él mismo libera una gran cantidad de estas partículas en suspensión como aerosoles o partículas directas (escamas de piel, fibras de su ropa) en cada respiración y movimiento. Siempre que las personas participen en la producción, fabricación o embalaje, se requiere tomar medidas. Solo una limpieza adecuada del aire y una protección de los productos pueden protegerlos de la influencia humana, o en algunos casos, también se debe proteger a las personas de las emisiones, especialmente de polvo o aerosoles generados durante la producción.

Todos estos ejemplos muestran que los productos y las personas deben protegerse de las diferentes partículas y aerosoles.

¿Cómo se pueden mantener estas partículas en suspensión alejadas de los productos?

¡Solo mediante una limpieza adecuada del aire se pueden eliminar las partículas en suspensión del aire! Entre las diferentes técnicas para limpiar el aire interior, las técnicas de filtración han demostrado ser especialmente efectivas, porque representan una alternativa económica y de bajo costo operativo, y también pueden añadirse posteriormente.

La base para evaluar la calidad de una sala limpia o de áreas similares, como una caja de flujo, es la norma DIN EN ISO 14644, que clasifica las salas limpias. Las diferentes clases ISO se muestran en la tabla 1. (1)

Dependiendo de los requisitos, también se pueden construir salas limpias completas en áreas de producción posteriormente, o si la necesidad de espacio es menor, se pueden instalar cajas más pequeñas que creen un entorno de sala limpia local.

Por ejemplo, una caja de flujo, como el Spetec Clean Boy® Mini (Spetec GmbH, Erding, Alemania), se muestra en la foto de la figura 1. Fue probada, certificada y clasificada por el Instituto Fraunhofer para Tecnología de Producción y Automatización en la clase ISO 5 (antiguamente: clase 100), lo que significa que en el interior de la caja se permiten un máximo de 100 partículas de al menos 0,5 µm de diámetro por metro cúbico (3,5 partículas por litro o 3.520 partículas por m³). La caja de flujo tiene un factor de aislamiento de 10⁴ y reduce en consecuencia la cantidad de partículas, mejorando la calidad del aire al menos en un factor de 10.000 en comparación con el aire ambiente en el área de producción. Lo mismo se aplica a salas limpias más grandes, donde la calidad del aire puede ajustarse a las necesidades y especificaciones del cliente. Todas las salas limpias son instaladas, calibradas y certificadas en el lugar por la empresa Spetec GmbH.

Al evaluar la calidad del aire en el interior de una sala limpia o una caja de flujo laminar, no importa si la partícula es un aerosol, un microbio, una célula de levadura o una bacteria, ya que la captura solo depende del tamaño de la partícula, no de sus propiedades químicas o biológicas.

El funcionamiento de una caja de flujo es bastante sencillo. El aire del ambiente es aspirado por un ventilador, que se muestra en la foto (figura 2) en la parte superior del dispositivo, y pasa a través de un filtro de partículas. La disposición del filtro genera un flujo laminar de aire en el área de trabajo detrás de las láminas de plexiglás. Esto significa que el aire fluye como una cortina desde arriba hacia abajo en líneas paralelas, protegiendo la muestra o el producto de partículas entrantes mediante una sobrepresión. Las partículas u otras partículas en suspensión en el aire que hayan entrado, por ejemplo, al ajustar o cambiar productos que deben ser protegidos, son capturadas por el flujo de aire y eliminadas a través de las rejillas en el suelo de la caja de flujo o expulsadas por la abertura frontal.

Mediante la combinación de salas limpias o cajas de flujo laminar, se pueden construir líneas completas de producción, de modo que el producto no entre en contacto con partículas de ningún tipo en ninguna etapa del proceso. La instalación, disposición y diseño de componentes individuales pueden adaptarse a las necesidades del cliente.

(1) https://www.beuth.de/de/norm/din-en-iso-14644-1/238330395