Las propiedades de la luz ultravioleta dependen de la longitud de onda, y la luz ultravioleta de diferentes fuentes se distingue por su espectro. Discutiremos cuáles son las fuentes de luz ultravioleta y cómo aplicarlas para maximizar el efecto bactericida, minimizando los riesgos de efectos biológicos no deseados.
Fig. 1. En la fotografía no se muestra la desinfección con radiación UVC, como podría pensarse, sino el entrenamiento en el uso de un traje de protección con la identificación en los rayos UVA de manchas luminiscentes de fluidos corporales de entrenamiento. UVA es luz ultravioleta suave y no ejerce acción bactericida. Cerrar los ojos es una medida de seguridad justificada, ya que el amplio espectro de la lámpara fluorescente UVA utilizada se cruza con el UVB, que es peligroso para la vista (fuente: Simon Davis/DFID).
La longitud de onda de la luz visible corresponde a la energía del cuanto, en la cual se hace posible la acción fotoquímica. Los cuantos de luz visible excitan reacciones fotoquímicas en tejido fotorreceptivo específico: en la retina del ojo.
La luz ultravioleta es invisible, su longitud de onda es menor, la frecuencia y energía del cuanto son más altas, la radiación es más intensa y hay una mayor diversidad de reacciones fotoquímicas y efectos biológicos.
La luz ultravioleta se clasifica en:
- Cercana en propiedades a la luz visible, ultravioleta de onda larga/suave/cercano UVA (400…315 nm);
- De dureza media – UVB (315…280 nm);
- Ultravioleta de onda corta/lejana/dura – UVC (280…100 nm).
Efecto bactericida de la luz ultravioleta
El efecto bactericida lo ejerce la luz ultravioleta dura – UVC, y en menor medida la luz ultravioleta de dureza media – UVB. A través de la curva de eficacia bactericida se observa que el verdadero efecto bactericida se produce solo en un rango estrecho de 230…300 nm, es decir, aproximadamente una cuarta parte del rango denominado luz ultravioleta.
Fig. 2 Curvas de eficacia bactericida de []
Los cuantos con longitudes de onda en este rango son absorbidos por los ácidos nucleicos, lo que provoca la destrucción de la estructura del ADN y el ARN. Además del efecto bactericida, es decir, que mata bacterias, este rango tiene un efecto virucida (antiviral), fungicida (antifúngico) y esporicida (que mata esporas). Incluye el virus SARS-CoV-2 que causó la pandemia de 2020, el cual contiene ARN.
Efecto bactericida de la luz solar
La acción bactericida de la luz solar es relativamente baja. Observemos el espectro solar sobre la atmósfera y bajo la atmósfera:
Fig. 3. Espectro de la radiación solar sobre la atmósfera y a nivel del mar. La parte más intensa del rango ultravioleta no llega a la superficie terrestre (tomado de Wikipedia).
Es importante prestar atención al espectro sobreatmosférico destacado en amarillo. La energía de los fotones en el extremo izquierdo del espectro sobreatmosférico de los rayos solares con longitudes de onda de menos de 240 nm corresponde a la energía de enlace químico de 5.1 eV en la molécula de oxígeno "O2". El oxígeno molecular absorbe estos fotones, rompiendo el enlace químico y formando oxígeno atómico "O", que se recombina en moléculas de oxígeno "O2" y, parcialmente, en ozono "O3".
El UVC solar sobreatmosférico genera ozono en las capas superiores de la atmósfera, conocido como la capa de ozono. La energía de enlace químico en la molécula de ozono es menor que en la molécula de oxígeno, por lo que el ozono absorbe fotones de menor energía que el oxígeno. Así, mientras el oxígeno absorbe solo UVC, la capa de ozono absorbe tanto UVC como UVB. Esto significa que el sol, con el extremo del espectro ultravioleta, genera ozono, y este ozono absorbe la mayor parte de la dura radiación ultravioleta solar, protegiendo la Tierra.
Ahora, con cuidado, prestando atención a las longitudes de onda y la escala, comparemos el espectro solar con el espectro de acción bactericida.
Fig. 4 Espectro de acción bactericida y espectro de radiación solar.
Se observa que la acción bactericida de la luz solar es insignificante. La parte del espectro capaz de ejercer acción bactericida es casi completamente absorbida por la atmósfera. En diferentes épocas del año y en distintas latitudes, la situación varía un poco, pero es qualitativamente similar.
Peligro de la radiación ultravioleta
El líder de uno de los grandes países sugirió: "para curar el COVID-19, es necesario llevar la luz solar al interior del cuerpo". Sin embargo, el UV bactericida destruye el ARN y el ADN, incluyendo el humano. Si se "lleva la luz solar al interior del cuerpo", la persona morirá.
El epidermis, en primer lugar la capa córnea de células muertas, protege los tejidos vivos de UVC. Por debajo de la capa epidérmica, solo penetra menos del 1% de la radiación UVC [OMS]. Longitudes de onda más largas de UVB y UVA penetran a mayor profundidad.
Si no hubiera habido radiación ultravioleta del sol, es posible que las personas no tuvieran epidermis ni capa córnea, y la superficie del cuerpo sería mucosa, como la de los caracoles. Pero dado que los humanos han evolucionado bajo el sol, solo las superficies protegidas del sol son mucosas. La superficie mucosa más vulnerable es la del ojo, cuya protección contra la radiación ultravioleta del sol ha sido condicionada por los párpados, las pestañas, las cejas, los músculos faciales y la costumbre de no mirar directamente al sol.
Cuando se aprendió por primera vez a reemplazar el cristalino por uno artificial, los oftalmólogos se enfrentaron al problema de las quemaduras en la retina. Comenzaron a investigar las causas y descubrieron que el cristalino humano vivo no es transparente para la radiación ultravioleta y protege la retina. Después de esto, empezaron a fabricar los cristalinos artificiales opacos a la radiación ultravioleta.
La imagen del ojo bajo la luz ultravioleta ilustra la opacidad del cristalino frente a la radiación ultravioleta. No se debe iluminar el ojo propio con ultravioleta, ya que con el tiempo, el cristalino se nubla, en parte debido a la dosis acumulada de radiación ultravioleta a lo largo de los años, y necesita ser reemplazado. Por eso, aprovechemos la experiencia de las valientes personas que desoyeron la seguridad, iluminándose los ojos con linternas ultravioleta a una longitud de onda de 365 nm, y compartieron el resultado en YouTube.
Fig. 5 Fotograma del video del canal de YouTube 'Kreosan'.
Las linternas ultravioleta que generan luminiscencia con una longitud de onda de 365 nm (UVA) son populares. Son compradas por adultos, pero inevitablemente terminan en manos de los niños. Los niños iluminan sus ojos con estas linternas, observando atentamente el cristal brillante. Es aconsejable prevenir tales acciones. Si esto ocurre, uno puede sentirse tranquilo al saber que la catarata en estudios con ratones se provoca de manera confiable por la irradiación del cristalino con UVB, pero el efecto cataratogénico de UVA es inestable [].
Y, aun así, el espectro exacto de la acción de la radiación ultravioleta sobre el cristalino no es conocido. Y si se considera que la catarata es un efecto de retraso prolongado, se necesita cierta cantidad de sensatez para no iluminarse los ojos con ultravioleta por anticipado.
Las mucosas de los ojos se inflaman relativamente rápido bajo la luz ultravioleta, esto se llama fotoceratitis y fotoconjuntivitis. Las mucosas se vuelven rojas y se siente como si hubiera «arena en los ojos». El efecto desaparece después de unos días, pero las quemaduras repetidas pueden llevar a la opacidad de la córnea.
Las longitudes de onda que causan estos efectos corresponden aproximadamente a la función de riesgo UV ponderada, indicada en el estándar de seguridad fotobiológica [IEC 62471] y aproximadamente coinciden con el rango de acción bactericida.
Fig. 6 Espectros de acción de la luz ultravioleta que causan fotoconjuntivitis y fotoceratitis de [] y la función de riesgo UV actínico ponderada para la piel y los ojos de [].
Las dosis umbrales para fotoceratitis y fotoconjuntivitis son de 50-100 J/m2, este valor no supera las dosis utilizadas para la desinfección. No es posible desinfectar la mucosa del ojo con ultravioleta sin causar inflamación.
La eritema, es decir, la «quemadura solar» es peligrosa para la luz ultravioleta en el rango de hasta 300 nm. Según algunas fuentes, la máxima eficacia espectral del eritema se encuentra en longitudes de onda alrededor de 300 nm []. La dosis mínima que causa un eritema apenas notable, conocida como MED (Dosis Mínima Eritematosa), para diferentes tipos de piel varía de 150 a 2000 J/m2. Para los residentes de la zona templada, se puede considerar que la MED típica es alrededor de 200…300 J/m2.
La luz UVB en el rango de 280-320 nm, con un máximo alrededor de 300 nm, causa cáncer de piel. No hay dosis umbral, cuanto mayor es la dosis, mayor es el riesgo, y el efecto es acumulativo.
Fig. 7 Curvas de acción de la luz ultravioleta que causan eritema y cáncer de piel.
El fotoenvejecimiento de la piel es causado por la luz ultravioleta en todo el rango de 200…400 nm. Es conocida la fotografía de un camionero que estuvo expuesto a la radiación solar ultravioleta principalmente desde el lado izquierdo mientras conducía. El conductor solía viajar con la ventana del lado del conductor bajada, pero la parte derecha de su rostro estaba protegida de la luz solar ultravioleta por el parabrisas. La diferencia en el estado de envejecimiento de la piel entre el lado derecho e izquierdo es impresionante:
Fig. 8 Fotografía de un conductor que durante 28 años condujo con la ventana del lado del conductor bajada [].
Si hay que estimar de manera aproximada que la edad de la piel de un lado de la cara de esta persona varía en veinte años y que esto es consecuencia de que aproximadamente durante esos mismos veinte años un lado de la cara fue expuesto al sol y el otro no, se puede llegar a la conclusión cautelosa de que un día al sol envejece la piel un día.
Según los datos de referencia [] se sabe que en las latitudes medias, durante el verano, la dosis mínima eritematosa de luz solar directa de 200 J/m2 se acumula en menos de una hora. Comparando estas cifras con la conclusión anterior, se puede hacer otra conclusión: el envejecimiento de la piel debido a la exposición periódica y breve a lámparas ultravioleta no representa un peligro significativo.
¿Cuánta radiación ultravioleta se necesita para desinfectar?
El número de microorganismos sobrevivientes en superficies y en el aire disminuye exponencialmente con el aumento de la dosis de radiación ultravioleta. Por ejemplo, la dosis que mata el 90% de los bacilos de tuberculosis es de 10 J/m2. Dos de estas dosis matan el 99%, tres dosis matan el 99,9%, y así sucesivamente.
Fig. 9 Dependencia de la proporción de bacilos de tuberculosis sobrevivientes de la dosis de radiación ultravioleta a una longitud de onda de 254 nm.
La dependencia exponencial es notable porque incluso una pequeña dosis mata a la mayor parte de los microorganismos.
Entre los microorganismos patógenos mencionados en [] la salmonela es la más resistente a la luz ultravioleta. La dosis que mata el 90% de sus bacterias es de 80 J/m2. Según una revisión [Kowalski2020], el valor promedio de la dosis que mata el 90% de los coronavirus es de 67 J/m2. Pero para la mayor parte de los microorganismos, esta dosis no supera los 50 J/m2. Para fines prácticos, se puede recordar que la dosis estándar que desinfecta con una efectividad del 90% es de 50 J/m2.
De acuerdo con el método aprobado por el Ministerio de Salud de Rusia para el uso de luz ultravioleta para la desinfección del aire [] la máxima eficacia de desinfección de «tres nueves» o 99,9% es necesaria para quirófanos, maternidades, etc. Para aulas escolares, locales de edificios públicos, etc. es suficiente con «una nueve», es decir, 90% de los microorganismos destruidos. Esto significa que, dependiendo de la categoría del local, basta con una a tres dosis estándar de 50...150 J/m2.
Ejemplo de evaluación del tiempo necesario de irradiación: supongamos que es necesario desinfectar el aire y las superficies en una habitación de 5 × 7 × 2,8 metros, para lo cual se utiliza una lámpara Philips TUV de 30W.
En la descripción técnica de la lámpara se indica que el flujo bactericida es de 12 W []. En un escenario ideal, todo el flujo va directamente hacia las superficies a desinfectar, pero en la realidad, la mitad del flujo se perderá sin utilidad, por ejemplo, iluminando en exceso la pared detrás del foco. Por lo tanto, consideraremos un flujo útil de 6 W. La superficie total irradiada en la habitación es: suelo de 35 m2 + techo de 35 m2 + paredes de 67 m2, totalizando 137 m2.
En promedio, la superficie recibe un flujo de radiación bactericida de 6 W/137m2 = 0,044 W/m2. Por hora, es decir, durante 3600 segundos, la dosis sobre estas superficies será de 0,044 W/m2 × 3600 s = 158 J/m2, o redondeando, 150 J/m2. Esto corresponde a tres dosis estándar de 50 J/m2 o "tres nueves" – 99.9% de eficacia bactericida, es decir, cumpliendo con los requisitos de las operaciones. Y dado que la dosis calculada, antes de llegar a las superficies, pasó por el volumen de la habitación, también desinfectó el aire con igual eficacia.
Si los requisitos de esterilidad no son elevados y es suficiente con "una sola nueve", para el ejemplo considerado, se necesita un tiempo de irradiación tres veces menor: redondeando, 20 minutos.
Protección contra ultravioleta
La principal medida de protección durante la desinfección con ultravioleta es salir de la habitación. Estar cerca de una lámpara UV encendida, pero apartando la mirada, no ayuda, las mucosas de los ojos de todos modos son irradiadas.
Una medida parcial de protección para las mucosas de los ojos pueden ser gafas de cristal. La afirmación categórica de que "el vidrio no deja pasar los ultravioleta" es incorrecta, en cierta medida deja pasar, y diferentes tipos de vidrio lo hacen de manera diferente. Pero en general, a medida que disminuye la longitud de onda, el coeficiente de transmisión se reduce, y los UVC solo son efectivamente transmitidos por vidrio de cuarzo. Las lentes ópticas en cualquier caso no son de cuarzo.
Se puede afirmar con confianza que las lentes de las gafas etiquetadas como UV400 no permiten el paso de ultravioleta.
Fig. 10 Espectro de transmisión de lentes de gafas con índices UV380, UV400 y UV420. Imagen del sitio []
Además, una medida de protección es el uso de fuentes de rango bactericida UVC que no emiten rangos UVB y UVA potencialmente peligrosos, pero ineficaces para la desinfección.
Fuentes de ultravioleta
Diodos UV
Los diodos ultravioleta más comunes son los de 365 nm (UVA), diseñados para «linternas policiales», que inducen luminiscencia para detectar contaminantes invisibles sin luz ultravioleta. La desinfección con estos diodos no es posible (ver figura 11).
Para la desinfección, se pueden usar diodos UVC de onda corta con una longitud de onda de 265 nm. El costo del módulo de diodos que reemplazaría una lámpara bactericida de mercurio supera el costo de la lámpara en tres órdenes de magnitud, por lo que en la práctica tales soluciones para la desinfección de grandes áreas no se utilizan. Sin embargo, están surgiendo dispositivos compactos con diodos UV para la desinfección de áreas pequeñas, como herramientas, teléfonos, lesiones cutáneas, etc.
Lámparas de mercurio de baja presión
La lámpara de mercurio de baja presión es el estándar con el que se comparan todas las demás fuentes.
La mayor parte de la energía emitida por los vapores de mercurio a baja presión en un arco eléctrico se concentra en una longitud de onda de 254 nm, que es ideal para la desinfección. Una pequeña parte de la energía se emite en una longitud de onda de 185 nm, que genera ozono intensamente. Y una cantidad muy pequeña de energía se emite en otras longitudes de onda, incluyendo el rango visible.
En las lámparas fluorescentes de mercurio convencionales de luz blanca, el vidrio del bulbo no deja pasar la radiación emitida por los vapores de mercurio en forma de ultravioleta. Pero el fósforo, un polvo blanco en las paredes del bulbo, brilla en el rango visible bajo la acción de la luz ultravioleta.
Las lámparas UVB o UVA están diseñadas de manera similar, el vidrio del bulbo no deja pasar picos de 185 nm y 254 nm, pero el fósforo bajo la acción de la luz ultravioleta de onda corta emite luz no visible, sino luz ultravioleta de onda larga. Estas son lámparas de uso técnico. Y dado que el espectro de las lámparas UVA es similar al del sol, estas lámparas también se utilizan para broncearse. La comparación del espectro con la curva de eficacia bactericida muestra que no es factible utilizar lámparas UVB y mucho menos UVA para la desinfección.
Fig. 11 Comparación de la curva de eficacia bactericida, el espectro de la lámpara UVB, el espectro de la lámpara UVA "para bronceado" y el espectro del diodo de 365 nm. Los espectros de las lámparas se tomaron del sitio de la Asociación Americana de Fabricantes de Pinturas [].
Cabe destacar que el espectro de la lámpara fluorescente UVA es amplio y abarca el rango UVB. El espectro del diodo de 365 nm es considerablemente más estrecho, siendo este un "UVA puro". Si se necesita UVA para provocar luminiscencia con fines decorativos o para detectar contaminantes, el uso del diodo es más seguro que utilizar una lámpara fluorescente ultravioleta.
La lámpara bactericida de mercurio de baja presión UVC se diferencia de las fluorescentes en que no tiene fósforo en las paredes del tubo, permitiendo la transmisión de ultravioleta. La línea principal de 254 nm siempre se transmite, mientras que la línea generadora de ozono de 185 nm puede permanecer en el espectro de la lámpara o ser eliminada por un tubo de vidrio con paso selectivo.
Fig. 12 El rango de emisión está indicado en la etiqueta de las lámparas ultravioletas. Se puede identificar la lámpara bactericida UVC por la ausencia de fósforo en el tubo.
El ozono tiene un efecto bactericida adicional, pero es carcinógeno, por lo que para no tener que esperar a que se disipe el ozono después de la desinfección, se utilizan lámparas que no generan ozono, sin la línea de 185 nm en el espectro. Estas lámparas tienen un espectro casi ideal: una línea principal con alta eficacia bactericida de 254 nm, una emisión muy débil en rangos no bactericidas de ultravioleta y una pequeña emisión "de señal" en el rango visible.
Fig. 13. El espectro de la lámpara de mercurio de baja presión UVC (proporcionado por la revista lumen2b.ru) se superpone con el espectro de la radiación solar (de Wikipedia) y la curva de eficacia del efecto bactericida (del ESNA Lighting Handbook []).
El resplandor azul de las lámparas bactericidas permite ver que la lámpara de mercurio está encendida y funcionando. La luminosidad es débil, lo que crea una impresión engañosa de que es seguro mirar la lámpara. No sentimos que la radiación en el rango UVC representa entre el 35 y el 40% de la potencia total consumida por la lámpara.
Fig. 14 Una pequeña parte de la energía de emisión de los vapores de mercurio se encuentra en el rango visible y se observa como un débil resplandor azul.
La lámpara bactericida de mercurio de baja presión tiene el mismo casquillo que una lámpara fluorescente común, pero se fabrica en una longitud diferente para que la lámpara bactericida no se inserte en accesorios de luz convencionales. El accesorio para la lámpara bactericida, además de las dimensiones, se diferencia en que todas las partes plásticas son resistentes a los rayos ultravioletas, los cables están protegidos de la radiación ultravioleta, y no hay difusor.
Para las necesidades bactericidas domésticas, el autor utiliza una lámpara bactericida de 15 W, que anteriormente se usaba para desinfectar la solución nutritiva de un sistema hidropónico. Su análogo se puede encontrar buscando "aquarium uv sterilizer". Al funcionar la lámpara, se genera ozono, lo cual no es ideal, pero es útil para desinfectar, por ejemplo, el calzado.
Fig. 15 Lámparas de mercurio de baja presión con casquillo de varios tipos. Imágenes del sitio Aliexpress.
Lámparas de mercurio de presión media y alta
El aumento de presión de los vapores de mercurio complica el espectro, se expande y aparecen más líneas en él, incluidas las longitudes de onda que generan ozono. La adición de aditivos al mercurio provoca una mayor complicación del espectro. Hay muchas variedades de tales lámparas, y el espectro de cada una es único.
Fig. 16 Ejemplos de espectros de lámparas de mercurio de presión media y alta
El aumento de presión reduce la eficiencia de la lámpara. Por ejemplo, las lámparas de presión media de Aquafineuv emiten en la región UVC solo el 15-18% de la potencia consumida, en lugar del 40% como las lámparas de baja presión. Y el costo del equipo calculado por vatio de flujo UVC resulta ser más alto [].
La reducción de la eficiencia y el aumento del costo de la lámpara se compensan con la compacidad. Por ejemplo, la desinfección de agua en flujo o el secado de barniz aplicado a alta velocidad en impresión gráfica requieren fuentes compactas y potentes, por lo que el costo específico y la eficiencia no son primordiales. Sin embargo, utilizar tal lámpara para la desinfección no es correcto.
Emisor UV de una lámpara DRL y lámparas DRT
Hay una forma 'popular' de obtener una fuente potente de ultravioleta a un costo relativamente bajo. Se están retirando, pero todavía se venden las lámparas DRL de luz blanca de 125…1000 W. En estas lámparas, dentro del bulbo exterior, hay un 'quemador' — una lámpara de mercurio de alta presión. Esta emite un ultravioleta de banda ancha, que es atrapado por el bulbo de vidrio exterior, pero hace brillar el fósforo en sus paredes. Si se rompe el bulbo exterior y se conecta el quemador a la red a través de un balastro estándar, se obtiene un potente emisor de ultravioleta de banda ancha.
Sin embargo, este emisor casero tiene desventajas: una eficiencia baja en comparación con las lámparas de baja presión, una gran parte del ultravioleta fuera del rango bactericida, y no se puede permanecer en el recinto un tiempo después de apagar la lámpara, hasta que se descomponga o se ventile el ozono.
Pero también son innegables las ventajas: bajo costo y gran potencia en dimensiones compactas. Entre las ventajas también se incluye la generación de ozono. El ozono desinfectará las superficies sombreadas que no recibirán los rayos ultravioleta.
Fig. 17 Emisor de ultravioleta hecho con lámparas DRL. La fotografía se publica con el permiso del autor, un dentista búlgaro que utiliza este emisor en complemento a la lámpara bactericida estándar Philips TUV 30W.
Fuentes similares de ultravioleta para desinfección en forma de lámparas de mercurio de alta presión se utilizan en emisores del tipo OUFK-01 'Solyushko'.
Por ejemplo, para la popular lámpara 'DRT 125-1', el fabricante no publica el espectro, pero en la documentación proporciona parámetros: intensidad de irradiación a 1 m de la lámpara UVA – 0,98 W/m², UVB – 0,83 W/m², UVC – 0,72 W/m², flujo bactericida 8 W, y se requiere ventilación en el recinto por el ozono []. A una pregunta directa sobre la diferencia entre la lámpara DRT y el quemador DRL, el fabricante respondió en su blog que la DRT tiene un recubrimiento verde aislante en los cátodos.
Fig. 18 Fuente de ultravioleta de banda ancha — lámpara DRT-125
Por las características declaradas, se observa que el espectro es amplio, con casi una distribución equitativa de la radiación en el ultravioleta suave, medio y duro, incluyendo la generación de ozono por parte del UVC duro. El flujo bactericida es del 6,4% de la potencia consumida, lo que significa que la eficiencia es 6 veces menor que la de una lámpara tubular de baja presión.
El fabricante no publica el espectro de esta lámpara, y en internet circula la misma imagen del espectro de alguna lámpara DR-T. Se desconoce la fuente original, pero la relación de energía en los rangos UVC, UVB y UVA no corresponde a lo declarado para la lámpara DR-T125. Para la DR-T se ha declarado una relación aproximadamente igual, pero en el espectro se puede ver que la energía UVB es varias veces mayor que la energía UBC. Y la UVA es considerablemente más alta que la UVB.
Fig. 19. Espectro de una lámpara de mercurio de alta presión, que ilustra con mayor frecuencia el espectro de las lámparas DR-T125, ampliamente utilizadas con fines médicos.
Es evidente que las lámparas con diferentes presiones y aditivos en el mercurio emiten de manera algo diferente. También es claro que el consumidor desinformado tiende a imaginar por sí mismo las características y propiedades deseadas del producto, adquiriendo una confianza basada en sus propias suposiciones y realizando la compra. La publicación del espectro de una lámpara específica dará lugar a discusiones, comparaciones y conclusiones.
El autor compró una instalación OUFK-01 con una lámpara DR-T125 y la utilizó durante varios años para pruebas de resistencia UV de productos plásticos. Irradiaba simultáneamente dos productos, uno de los cuales era de plástico resistente a la radiación ultravioleta, y observaba cuál se amarillaba más rápido. Para tal aplicación, no es necesario conocer la forma exacta del espectro, solo es importante que el emisor sea de banda ancha. Pero, ¿para qué usar ultravioleta de banda ancha si se requiere desinfección?
En la designación del OUFK-01 se indica que el irradiador se utiliza en procesos inflamatorios agudos. Es decir, en los casos en que el efecto positivo de la desinfección de la piel supera el posible daño del ultravioleta de banda ancha. Es evidente que, incluso en este caso, es mejor utilizar ultravioleta de banda estrecha, sin longitudes de onda en el espectro que produzcan efectos distintos al bactericida.
Desinfección del aire
Se reconoce que la luz ultravioleta es un medio insuficiente para desinfectar superficies, ya que sus rayos no pueden penetrar donde lo hace, por ejemplo, el alcohol. Sin embargo, la luz ultravioleta desinfecta eficazmente el aire.
Al estornudar y toser, se generan gotas del tamaño de varios micrómetros, que permanecen en el aire desde unos minutos hasta varias horas []. Los estudios sobre la tuberculosis han demostrado que es suficiente con una gota en aerosol para infectarse.
En la calle estamos relativamente seguros debido a los enormes volúmenes y a la movilidad del aire, que puede dispersar y desinfectar con el tiempo y la radiación solar cualquier estornudo. Incluso en el metro, mientras la proporción de personas infectadas sea baja, el volumen total de aire en relación a cada infectado es grande, y una buena ventilación reduce el riesgo de propagación de la infección. El lugar más peligroso durante las pandemias de enfermedades transmitidas por el aire es el ascensor. Por eso, aquellos que estornudan deben estar en cuarentena, y el aire en espacios públicos con ventilación inadecuada necesita desinfectarse.
Recirculadores
Una de las opciones para desinfectar el aire son los recirculadores UV cerrados. Hablemos de uno de estos recirculadores: el "Dezar 7", conocido por haber sido visto incluso en la oficina del líder del estado.
En la descripción del recirculador se menciona que puede tratar 100 m³ por hora y está destinado a un espacio de 100 m³ (aproximadamente 5 × 7 × 2,8 metros).
Sin embargo, la capacidad de desinfectar 100 m³ de aire por hora no significa que el aire en una habitación de 100 m³ se trate de manera igual de efectiva en una hora. El aire procesado diluye el aire contaminado y, de esta manera, entra de nuevo en el recirculador una y otra vez. No es difícil construir un modelo matemático y calcular la efectividad de dicho proceso:
Fig. 20 Influencia del funcionamiento del recirculador UV en la cantidad de microorganismos en el aire de una habitación sin ventilación.
Para reducir la concentración de microorganismos en el aire en un 90%, el recirculador debe funcionar más de dos horas. En ausencia de ventilación en la habitación, esto es posible. Pero no existen habitaciones con personas y sin ventilación en condiciones normales. Por ejemplo, [] prescribe un gasto mínimo de aire exterior durante la ventilación de 3 m3 por hora por cada m2 de superficie del apartamento. Lo que corresponde a un intercambio total de aire una vez por hora y hace inútil la operación del recirculador.
Si se considera un modelo de no mezcla total, sino de chorro laminar que sigue una trayectoria compleja establecida en la habitación y se dirige a la ventilación, el beneficio de la desinfección de uno de estos chorros es aún menor que en el modelo de mezcla total.
En cualquier caso, un recirculador UV no es más útil que una ventana abierta.
Una de las razones de la baja eficacia de los recirculadores es que el efecto bactericida es extremadamente bajo en comparación con cada vatio de flujo UV. El haz penetra aproximadamente 10 centímetros dentro de la unidad, y luego se refleja del aluminio con un coeficiente de alrededor de k=0.7. Esto significa que la distancia efectiva del haz dentro de la unidad es de aproximadamente medio metro, después de lo cual se absorbe sin ningún beneficio.
Fig. 21. Captura de un video en Youtube que analiza el recirculador. Se pueden ver las lámparas bactericidas y la superficie reflectante de aluminio, que refleja significativamente peor la luz ultravioleta que la luz visible [].
Una lámpara bactericida que cuelga abiertamente en la pared de la sala de consulta y que se enciende programadamente por el médico es mucho más efectiva. Los rayos de la lámpara abierta recorren varios metros, desinfectando primero el aire y luego también las superficies.
Desinfectores de aire en la parte superior de la habitación
En las habitaciones de los hospitales donde hay pacientes encamados de manera permanente, a veces se utilizan instalaciones UV que iluminan los flujos de aire circulantes bajo el techo. La principal desventaja de estas instalaciones es que la rejilla que cubre las lámparas permite el paso solo de los rayos que van en una dirección estricta, absorbiendo sin uso más del 90% del resto del flujo.
Se podría hacer pasar aire adicional a través de tal desinfectador para que también funcione como recirculador, pero no se hace esto, probablemente debido a la falta de deseo de convertir la sala en un acumulador de polvo.
Fig. 22 Desinfectador de aire UV de techo, imagen del sitio [].
Las rejillas protegen a las personas en el interior de la exposición directa a la radiación ultravioleta, pero la radiación que pasa a través de la rejilla impacta en el techo y las paredes, reflejándose de manera difusa, con un coeficiente de reflexión de alrededor del 10%. El espacio se llena de radiación ultravioleta en todas las direcciones y las personas reciben una dosis de radiación ultravioleta proporcional al tiempo pasado en el interior.
Revisores y autor
Revisores:
Artyom Balabanov, ingeniero electrónico, desarrollador de sistemas de curado UV;
Rumen Vasilev, Ph.D., especialista en iluminación, OOD "Interlux", Bulgaria;
Vadim Grigorov, biofísico;
Stanislav Lermontov, ingeniero en iluminación, LLC "Sistemas Completos";
Aleksey Pankrashkin, Ph.D., profesor asociado, tecnología de semiconductores y fotónica, LLC "INTECH Ingeniería";
Andrey Khramov, especialista en diseño de iluminación para instituciones médicas;
Vitaly Tsvirko, jefe del laboratorio de pruebas de iluminación "CSOT NAN de Bielorrusia"
Autor: Anton Sharakshane, Ph.D. en física, especialista en iluminación y biofísica, Primer MGHU nombrado en honor a I.M. Sechenov
Enlaces
Enlaces
[Airsteril]
[Aquafineuv]
[CIE 155:2003] CIE 155:2003 DESINFECCIÓN DEL AIRE ULTRAVIOLETA
[DIN 5031-10] DIN 5031-10 2018 Física de la radiación óptica e ingeniería de iluminación. Parte 10: Radiación fotobiológicamente efectiva, cantidades, símbolos y espectros de acción. Física de radiaciones ópticas e ingeniería de iluminación. Radiación fotobiológicamente activa. Tamaños, símbolos y espectros de acción.
[ESNA] Manual de Iluminación ESNA, 9ª Edición. ed. Rea M.S. Sociedad de Ingeniería de Iluminación de América del Norte, Nueva York, 2000
[IEC 62471] GOST R IEC 62471-2013 Lámparas y sistemas de lámparas. Seguridad fotobiológica
[Kowalski2020] Wladyslaw J. Kowalski et al., 2020 Susceptibilidad a la radiación ultravioleta del coronavirus COVID-19, DOI: 10.13140/RG.2.2.22803.22566
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[OMS] Organización Mundial de la Salud. Radiación ultravioleta: Revisión científica oficial sobre el impacto de la radiación UV en el medio ambiente y en la salud, con mención a la disminución global de la capa de ozono.
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[Р 3.5.1904-04] Р 3.5.1904-04 Uso de la radiación bactericida ultravioleta para la desinfección del aire en interiores.
[СП 60.13330.2016] СП 60.13330.2016 Calefacción, ventilación y aire acondicionado.
Fuente: habr.com
