Consideración de la condensación

Figura 1: Dos ciclos teóricos de biodecontaminación (ambos con una temperatura de 23 °C) con diferentes niveles de humedad al inicio de la acondicionamiento. Durante la fase de descontaminación, una parte de vH2O2 se descompone. En este caso, el 10 % de vH2O2 se descompone desde el valor inicial y se evapora más H2O2 para compensar. Una situación similar se presenta al usar dos concentraciones diferentes de solución de H2O2: 12 % m en los gráficos superiores y 59 % m en los gráficos inferiores.

Figura 1: Dos ciclos teóricos de bio-descontaminación, (ambos con temperatura a 23 °C) con diferentes niveles de humedad al inicio del acondicionamiento. Durante la fase de descontaminación, parte del vH2O2 se descompondrá. En este caso, el 10 % del vH2O2 se ha descompuesto de su valor inicial y se vaporiza más H2O2 para compensar. Una situación similar se muestra utilizando dos concentraciones diferentes de solución de H2O2: 12 %-m en los gráficos superiores y 59 %-m en los gráficos inferiores.

Figura 1: Dos ciclos teóricos de biodecontaminación (ambos con una temperatura de 23 °C) con diferentes niveles de humedad al inicio de la acondicionamiento. Durante la fase de descontaminación, una parte de vH2O2 se descompone. En este caso, el 10 % de vH2O2 se descompone desde el valor inicial y se evapora más H2O2 para compensar. Una situación similar se presenta al usar dos concentraciones diferentes de solución de H2O2: 12 % m en los gráficos superiores y 59 % m en los gráficos inferiores.

Figura 1: Dos ciclos teóricos de bio-descontaminación, (ambos con temperatura a 23 °C) con diferentes niveles de humedad al inicio del acondicionamiento. Durante la fase de descontaminación, parte del vH2O2 se descompondrá. En este caso, el 10 % del vH2O2 se ha descompuesto de su valor inicial y se vaporiza más H2O2 para compensar. Una situación similar se muestra usando dos concentraciones diferentes de solución de H2O2: 12 %-m en los gráficos superiores y 59 %-m en los gráficos inferiores.

Figura 2: Dos ciclos de biodecontaminación con diferentes soluciones de H₂O₂ líquida (T = 23 °C). En este caso, el 10 % de vH₂O₂ se descompone desde el valor inicial y se evapora más H₂O₂ para compensar y mantener constantemente el contenido de vH₂O₂.

Figura 2: Dos ciclos de bio-descontaminación con diferentes soluciones de H2O2 líquido (T = 23 °C). En este caso, el 10 % de vH2O2 se ha descompuesto desde su valor inicial y se vaporiza más H2O2 para compensar y mantener constante el nivel de vH2O2.

Figura 3: Dos ciclos de biodecontaminación con diferentes temperaturas. En este caso, se descomponen el 10 % de vH2O2 desde el valor inicial y se evapora más H2O2 para compensar y mantener de forma constante el contenido de vH2O2.

Figura 3: Dos ciclos de bio-descontaminación con diferentes temperaturas. En este caso, el 10% del vH2O2 se ha descompuesto desde su valor inicial y se vaporiza más H2O2 para compensar y mantener constante el nivel de vH2O2.

Figura 4: ppm vH2O2 en función de las lecturas del sensor RS/RH a 5,0 °C

Figura 5: ppm vH2O2 en función de las lecturas del sensor RS/RH a 50,0 °C / Figure 5: ppm vH2O2 as a function of RS/RH sensor readings at 50.0 °C

Figura 6: Máximo vH2O2-ppm a diferentes temperaturas generado con 35 % y 59 % de H2O2.

Figura 6: ppm máximo de vH2O2 a varias temperaturas producidas con H2O2 al 35% y al 59% en volumen.

Figura 7: Puntos de condensación a temperaturas dadas y ppm de vH2O2 (en cada punto rS = 100 %, el %rF máximo varía según las curvas)

Figura 7. Puntos de condensación a temperaturas dadas y ppm vH2O2 (en cada punto RS = 100 %, el % de HR máximo varía según las curvas)

En este artículo se discuten los parámetros más importantes que afectan el punto de condensación y las ppm máximas de H2O2 en aplicaciones con agua oxigenada vaporizada. Se proponen cuatro reglas que pueden servir como directrices para procesos de biocontaminación efectivos y repetibles.

El agua oxigenada vaporizada (vH2O2) se utiliza con frecuencia para realizar biocontaminaciones en aisladores, cámaras de prueba y pasajes de material. Debido a su eficacia conocida a temperatura ambiente, su compatibilidad con una amplia variedad de materiales y su ausencia de residuos, la biocontaminación con vH2O2 también se emplea a menudo en hospitales, metro, aviones y aplicaciones que requieren una desinfección confiable.

El control de la condensación es el componente más crítico de cualquier proceso de biocontaminación. Se debe evitar la condensación de agua en gotas, ya que la acumulación de agua oxigenada líquida concentrada puede tener efectos negativos en los materiales, el tiempo de ventilación y la eficiencia de la desinfección uniforme.

Comprender cómo los parámetros del proceso afectan la condensación también proporciona conocimientos sobre la concentración máxima de agua oxigenada que se puede mantener en estado de vapor. El contenido de humedad, la temperatura y las partes por millón (ppm) de agua oxigenada vaporizada tienen una influencia combinada en el punto de condensación, es decir, el punto en el que el aire está saturado. Una vez alcanzada la condensación, las ppm de vH2O2 ya no pueden aumentarse.

Humedad relativa y saturación relativa

Idealmente, cada paso en el ciclo de biocontaminación se controla y supervisa. Los parámetros típicamente monitoreados incluyen temperatura, ppm de vH2O2 y humedad (medida como humedad relativa y saturación relativa). Dado que el agua (H2O) y el peróxido de hidrógeno (H2O2) tienen estructuras moleculares similares, ambos afectan el punto de condensación del aire. Sin embargo, la humedad relativa (rF) indica solo el contenido de vapor de agua en el aire a una temperatura determinada, mientras que la saturación relativa (rS) refleja tanto el contenido de vapor de agua como de vapor de peróxido de hidrógeno en el aire.

En aire que contiene vapor de H2O2, la condensación ocurre antes del 100 % de humedad relativa. Por lo tanto, el punto de condensación puede predecirse de manera confiable mediante la medición de la saturación relativa (rS). Cuando la saturación relativa alcanza un valor del 100 %rS, la mezcla de vapor condensa. La humedad relativa y la saturación relativa difieren en presencia de vH2O2. La diferencia entre rF y rS también está influenciada por la cantidad de vH2O2 presente.

Como se indicó, la concentración de vapor de H2O2 ya no puede aumentar una vez que ocurre la condensación y la saturación relativa alcanza el 100 %rS. De hecho, la concentración de vapor de H2O2 suele disminuir porque la condensación elimina vH2O2 del aire. Durante la fase de condensación en gotas al final de la fase de desinfección, las mediciones de ppm de vH2O2 pueden aumentar inicialmente durante la ventilación, ya que las gotas de agua oxigenada vuelven a liberar vapor en el aire.

Fases de la biocontaminación con vH2O2

Los ciclos de biocontaminación con agua oxigenada vaporizada generalmente comprenden cuatro pasos separados:

Paso 1: Deshumidificación:
Se crean las condiciones físicas iniciales de temperatura, humedad y circulación de aire. Es posible que la zona a desinfectar deba deshumidificarse antes de la acondicionamiento para reducir la condensación. Reducir el contenido de humedad a un porcentaje predefinido antes del acondicionamiento conduce a resultados más repetibles. Durante esta fase, aún no se introduce vapor de H2O2.

Paso 2: Acondicionamiento:
El vapor de peróxido de hidrógeno se produce a partir de una solución acuosa de H2O2 y H2O y se inyecta en la zona hasta alcanzar la concentración deseada de ppm de vH2O2. Las concentraciones del proceso pueden variar desde 140 hasta 1.400 ppm, dependiendo de la carga microbiana.

Paso 3: Biocontaminación o tiempo de residencia:
Las superficies y microorganismos se exponen durante suficiente tiempo a concentraciones letales de vapor de H2O2. El vapor de H2O2 se descompone en agua y oxígeno. Esto puede compensarse inyectando vapor de H2O2 durante esta fase. Las mediciones de ppm de vH2O2 pueden usarse para controlar las tasas de inyección, manteniendo un valor constante de ppm de vH2O2.

Paso 4: Ventilación:
Este paso final reduce el resto de vapor de H2O2 a niveles seguros. El vH2O2 puede catalizarse en vapor de agua y oxígeno mediante un catalizador.

Parámetros del proceso que afectan la condensación

En los gráficos siguientes variamos el contenido de humedad, la concentración de la solución de H2O2, la temperatura y las ppm de vH2O2. Esto ilustra cómo estos factores afectan tanto el punto de condensación (saturación relativa = 100 %rS) como la concentración máxima alcanzable de vapor de H2O2 durante la fase de biocontaminación. Estos gráficos son representaciones simplificadas de procesos reales de biocontaminación para mostrar cómo los parámetros críticos del proceso influyen en los resultados.

Humedad, punto de condensación y vH2O2 máximo alcanzable

Una reducción en la humedad inicial aumenta la cantidad de vapor de H2O2 que puede usarse antes de que ocurra la condensación.

Los gráficos siguientes (Figura 1) muestran cómo afecta la deshumidificación a las ppm máximas de vH2O2. En las figuras 1a y 1b, la solución de H2O2 utilizada es del 12 %m; en las figuras 1c y 1d, la concentración de la solución es del 59 %m. En las figuras 1a y 1b se representan dos ciclos de biocontaminación similares; las líneas naranjas muestran procesos sin deshumidificación y con una fase de acondicionamiento que comienza con una humedad relativa del 50 %rF. Las líneas azules indican procesos en los que la deshumidificación se completó al 10 %rF antes de la fase de acondicionamiento. En las figuras 1a y 1c se observan los efectos de la deshumidificación en la humedad —indicada por humedad relativa y saturación relativa— durante las fases de acondicionamiento y residencia. Las figuras 1b y 1d muestran la influencia de la deshumidificación en la máxima cantidad de vapor de H2O2 alcanzable durante las fases de acondicionamiento y residencia.

El vapor de H2O2 vaporizado se inyecta en la cámara hasta alcanzar la condensación. Se observa que, con una humedad relativa mayor al inicio de la fase de acondicionamiento (porque no se realizó deshumidificación), la condensación ocurre antes. Cuanto menor es el %rF al inicio de la fase de acondicionamiento, mayores son las ppm máximas de vH2O2 que se pueden alcanzar antes de que ocurra la condensación.

Durante la fase de descontaminación, una parte de vH2O2 se descompone en agua y oxígeno. La cantidad de vH2O2 que se descompone depende de condiciones como materiales, temperatura, humedad y flujo de aire. La descomposición que realmente se espera bajo ciertas condiciones debe medirse. En los gráficos siguientes asumimos que el 10 % de vH2O2 se descompone desde el valor inicial y que se evapora más H2O2 para compensar.

Concentración de la solución de H2O2, punto de condensación y vH2O2 máximo alcanzable

A medida que aumenta la concentración de la solución de H2O2, también aumenta el vapor de H2O2 que puede usarse antes de la condensación.

Los gráficos siguientes muestran dos ciclos de biocontaminación similares con diferentes soluciones de H2O2 líquido. La línea negra representa un ciclo con una relación de solución del 59 %m de H2O2 a 41 % H2O. La línea azul muestra un ciclo con una relación del 12 %m de H2O2 a 88 % H2O. Ambas condiciones comienzan con un contenido de humedad del 50 %rF y se deshumidifican a un 10 %rF antes del acondicionamiento.

El vapor de H2O2 vaporizado se inyecta en la cámara hasta alcanzar la condensación. Como la solución de menor concentración (12 %m) contiene un 88 % de agua, la cámara alcanza la saturación relativa del 100 % más rápidamente que la cámara con la solución de mayor concentración (59 %m). Una vez alcanzada la condensación, el contenido de vH2O2 ya no puede aumentar. Por lo tanto, la concentración máxima alcanzable de vH2O2 con la solución del 59 %m es de 1.400 ppm (línea negra) antes de la condensación. La concentración máxima alcanzable con la solución del 12 %m es de 700 ppm.

Temperatura, punto de condensación y vH2O2 máximo alcanzable

Un aumento en la temperatura incrementa la cantidad de vapor de agua y de H2O2 que el aire puede contener, por lo que el vH2O2 máximo alcanzable aumenta.

Bajo las condiciones anteriores, la temperatura del ciclo de biocontaminación se mantuvo en 23 °C. A una temperatura determinada, el aire solo puede contener una cantidad específica de vapor, ya sea de agua o de H2O2. Al modificar la temperatura, cambiamos tanto el punto de condensación como la concentración máxima de vapor de H2O2 que puede alcanzarse.

En las figuras 3a y 3b se muestran dos ciclos de biocontaminación similares. Las líneas negras representan una temperatura de 40 °C, y las líneas azules indican 23 °C. En ambos casos, se realiza un deshumidificación para reducir la humedad antes del acondicionamiento a 10 %, y en ambos se emplea una solución de H2O2 del 59 %m. La línea negra en la figura 3b muestra que una temperatura de 40 °C permite un valor de ppm de vH2O2 más alto que a 23 °C, representado por la línea azul.

Podemos explorar aún más el efecto de la temperatura considerando la humedad, tanto relativa como en saturación. En la figura 4 se muestran ppm de vH2O2 a 5 °C. La saturación relativa está en el eje x y la humedad relativa en el eje y. Las líneas dentro de los ejes representan concentraciones de vapor de H2O2 de 0 a aproximadamente 500 ppm. La línea en 0 ppm indica vapor generado solo con agua pura. Cuando se aumenta la concentración de la solución de H2O2, también aumenta el vH2O2. Teóricamente, la línea a lo largo del eje x representa un vapor generado por una solución de H2O2 al 100 %. La condensación ocurre cuando la saturación relativa alcanza el 100 %rS y las ppm de vH2O2 ya no pueden aumentarse. A 5 °C, con una humedad relativa inicial del 0 %rF y evaporando una solución de H2O2 al 100 %, el valor máximo teórico de ppm de vH2O2 es de 548 ppm.

Todos los parámetros en la figura 5 son iguales a los de la figura 4 (0 %rF, solución del 100 %m), solo que la temperatura se modificó a 50 °C. El valor máximo teórico de ppm de vH2O2 ahora es de 13.019.

La figura 6 muestra los ppm máximos de vH2O2 en diferentes temperaturas y con distintas concentraciones de solución de H2O2. Comparamos dos concentraciones comunes: 35 % y 59 %. La línea de tendencia azul representa una solución de 35 % de H2O2. A 40 °C, el valor máximo alcanzable de ppm de vH2O2 es de 4.210. Con la misma temperatura (40 °C), una solución del 59 % de H2O2 alcanza un máximo de 5.461 ppm.

Concentración de vapor de H2O2 y punto de condensación

Al aumentar la concentración de la solución de H2O2, la cantidad de vapor de agua que el aire puede contener disminuye, y la condensación ocurre antes.

Cada punto en la figura 7 representa un punto de condensación, indicando que se alcanzó el 100 % de saturación relativa. La temperatura está en el eje x y las ppm de vH2O2 en el eje y. La curva en los gráficos muestra la máxima humedad relativa a una temperatura y concentración de ppm de vH2O2 específicas.

Como se observa, a 20 °C y 300 ppm de H2O2, la humedad relativa es del 60 % y la saturación relativa del 100 %. Si aumentamos vH2O2 a 600 ppm a 20 °C, la humedad relativa baja al 39 % y la saturación relativa sigue siendo del 100 %.

Al elevar la temperatura a 40 °C con una concentración de vH2O2 de 300 ppm, la humedad relativa alcanza el 87 % y la saturación relativa el 100 %. Cuanto mayor es la temperatura, más vapor de agua puede absorber el aire. La humedad relativa aumenta.

Cuatro reglas para los parámetros del proceso de vH2O2

1. Una reducción en la humedad inicial aumenta la cantidad de vapor de H2O2 que puede usarse antes de que ocurra la condensación.

2. Cuando aumenta la concentración de la solución de H2O2, también aumenta el vapor de H2O2 que puede emplearse antes de la condensación.

3. Un aumento en la temperatura incrementa la cantidad de vapor de agua y de H2O2 que el aire puede contener, por lo que las ppm máximas de vH2O2 alcanzables también aumentan.

4. Cuando aumenta la concentración de vapor de H2O2, la cantidad de vapor de agua que el aire puede absorber disminuye, por lo que la condensación ocurre antes.

Conclusión

Hemos demostrado cómo un conocimiento profundo de la relación entre los parámetros críticos del proceso permite desarrollar ciclos de biocontaminación con vH2O2 efectivos y repetibles. Las mediciones de parámetros individuales suelen ser insuficientes para la supervisión y poco efectivas para el control del proceso. También hemos explicado por qué la saturación relativa es un valor clave para predecir con precisión la condensación. Por esta razón, la tecnología única Vaisala PEROXCAP® mide múltiples parámetros en una sola unidad de medición, incluyendo ppm de vapor de H2O2, temperatura, punto de rocío, presión de vapor y humedad (humedad relativa y saturación relativa).