As propriedades do ultravioleta dependem do comprimento de onda, e o ultravioleta de diferentes fontes varia em espectro. Vamos discutir quais são as fontes de ultravioleta e como aplicá-las para maximizar a ação bactericida, minimizando os riscos de efeitos biológicos indesejados.
Fig. 1. A fotografia não mostra desinfecção com radiação UVC, como poderia parecer, mas sim o treinamento no uso de um traje de proteção, identificando manchas fluorescentes de fluidos corporais de treinamento sob raios UVA. UVA é um ultravioleta suave e não exerce efeito bactericida. Os olhos fechados são uma medida de segurança justificada, pois o amplo espectro da lâmpada fluorescente UVA utilizada se sobrepõe ao UVB, que é perigoso para a visão (Fonte: Simon Davis/DFID).
O comprimento de onda da luz visível corresponde à energia do quantum, que é o ponto em que a ação fotoquímica se torna possível. Os quanta da luz visível excitam reações fotoquímicas em um tecido fotossensível específico - na retina do olho.
O ultravioleta é invisível, seu comprimento de onda é menor, sua frequência e energia do quantum são mais altas, a radiação é mais intensa, e a variedade de reações fotoquímicas e efeitos biológicos é maior.
O ultravioleta é classificado em:
- UVA de longo comprimento de onda/próximo/soft (400...315 nm);
- UVB de média dureza (315...280 nm);
- UVC de curto comprimento de onda/distante/duro (280...100 nm).
Ação bactericida do ultravioleta
A radiação ultravioleta dura - UVC - exerce a ação bactericida, e em menor grau, o ultravioleta de média dureza - UVB. A curva de eficácia bactericida mostra que a ação bactericida clara ocorre apenas em um intervalo estreito de 230...300 nm, ou seja, cerca de um quarto do intervalo denominado ultravioleta.
Fig. 2 Curvas de eficácia bactericida de []
Os quanta com comprimentos de onda nesse intervalo são absorvidos pelos ácidos nucleicos, levando à destruição da estrutura do DNA e RNA. Além da ação bactericida, ou seja, que mata bactérias, esse intervalo possui efeitos virucidas (antivírus), fungicidas (antifúngicos) e esporocidas (que matam esporos). Inclui-se aqui a destruição do vírus SARS-CoV-2, que contém RNA e causou a pandemia de 2020.
Ação bactericida da luz solar
A ação bactericida da luz solar é relativamente pequena. Vamos olhar o espectro solar acima e abaixo da atmosfera:
Fig. 3. Espectro da radiação solar acima da atmosfera e ao nível do mar. A parte mais intensa do ultravioleta não chega à superfície da Terra (retirado da Wikipédia).
Vale a pena observar o espectro acima da atmosfera destacado em amarelo. A energia do quanta na extremidade esquerda do espectro solar acima da atmosfera, com comprimento de onda menor que 240 nm, corresponde à energia da ligação química de 5,1 eV na molécula de oxigênio "O2". O oxigênio molecular absorve esses quanta, a ligação química se rompe, formando oxigênio atômico "O", que se recombina em moléculas de oxigênio "O2" e, parcialmente, em ozônio "O3".
O UVC solar acima da atmosfera forma ozônio nas camadas superiores da atmosfera, conhecido como camada de ozônio. A energia da ligação química na molécula de ozônio é inferior à da molécula de oxigênio e, portanto, o ozônio absorve quanta de menor energia do que o oxigênio. Enquanto o oxigênio absorve apenas UVC, a camada de ozônio absorve tanto UVC quanto UVB. Assim, o sol gera ozônio na extremidade do espectro ultravioleta, e esse ozônio absorve a maior parte do ultravioleta solar intenso, protegendo a Terra.
Agora, com cuidado, prestando atenção às comprimentos de onda e à escala, vamos compatibilizar o espectro solar com o espectro de ação bactericida.
Fig. 4 Espectro de ação bactericida e espectro da radiação solar.
É evidente que a ação bactericida da luz solar é insignificante. A parte do espectro capaz de exercer ação bactericida é quase totalmente absorvida pela atmosfera. Em diferentes épocas do ano e em várias latitudes, a situação muda um pouco, mas qualitativamente é semelhante.
O perigo do ultravioleta
O líder de um dos grandes países propôs: "para curar da COVID-19, é necessário levar a luz solar para dentro do organismo". No entanto, o UV bactericida destrói RNA e DNA, incluindo o humano. Se "levar a luz solar para dentro do organismo" – a pessoa morrerá.
O epiderme, principalmente a camada córnea de células mortas, protege o tecido vivo do UVC. Abaixo da camada epidérmica, penetra menos de 1% da radiação UVC [OMS]. Ondas mais longas de UVB e UVA penetram a uma profundidade maior.
Se não houvesse radiação ultravioleta do sol, possivelmente as pessoas não teriam epiderme e camada córnea, e a superfície do corpo seria mucosa, como a dos caramujos. No entanto, como os humanos evoluíram sob o sol, as superfícies mucosas são apenas aquelas protegidas da luz solar. A superfície mais vulnerável é a mucosa do olho, condicionalmente protegida da radiação ultravioleta do sol por séculos, pelas pálpebras, cílios, sobrancelhas, pela musculatura facial e pela hábito de não olhar diretamente para o sol.
Quando se aprendeu pela primeira vez a substituir o cristalino por uma lente artificial, os oftalmologistas se depararam com o problema das queimaduras na retina. Começaram a investigar as causas e descobriram que o cristalino humano vivo é opaco para a radiação ultravioleta e protege a retina. Depois disso, começaram a tornar as lentes artificiais também opacas para os raios ultravioleta.
A imagem do olho sob luz ultravioleta ilustra a opacidade do cristalino em relação a essa radiação. Não é aconselhável iluminar o próprio olho com luz ultravioleta, pois ao longo do tempo o cristalino se torna turvo, em parte devido à quantidade de radiação ultravioleta acumulada ao longo dos anos, necessitando de substituição. Portanto, faremos uso da experiência de pessoas corajosas que desconsideraram a segurança, iluminando os próprios olhos com uma lanterna ultravioleta emitindo luz de comprimento de onda de 365 nm, e publicaram o resultado no YouTube.
Fig. 5 Quadro do vídeo do canal do YouTube “Kreosan”.
Lanternas ultravioleta que provocam luminescência com comprimento de onda de 365 nm (UVA) são populares. São adquiridas por adultos, mas inevitavelmente acabam nas mãos das crianças. As crianças iluminam os próprios olhos com essas lanternas, mirando e observando atentamente o cristal brilhante. Essas ações devem ser prevenidas. Se isso acontecer, é possível se acalmar ao saber que a catarata em estudos com camundongos é claramente causada pela exposição do cristalino aos raios UVB, mas o efeito cataratogênico dos UVA é instável [].
E ainda assim, o espectro exato da ação do ultravioleta sobre o cristalino não é conhecido. E considerando que a catarata é um efeito que se manifesta com grande atraso, é necessário ter algum discernimento para evitar iluminar os próprios olhos com ultravioleta antecipadamente.
As membranas mucosas dos olhos inflamam-se relativamente rápido sob a luz ultravioleta, isso é chamado de fotoceratite e fotoconjuntivite. As membranas tornam-se vermelhas e há a sensação de "areia nos olhos". O efeito desaparece em alguns dias, mas queimaduras recorrentes podem levar à opacificação da córnea.
As longitudes de onda que causam esses efeitos correspondem aproximadamente à função ponderada de risco UV apresentada na norma de segurança fotobiológica [IEC 62471] e coincidem aproximadamente com o intervalo de ação bactericida.
Fig. 6 Espectros de ação do ultravioleta que causam fotoconjuntivite e fotoceratite de [] e a função ponderada de risco UV para a pele e os olhos de [].
As doses limiares para fotoceratite e fotoconjuntivite são de 50-100 J/m2, esse valor não excede as doses usadas para desinfecção. Não é possível desinfetar a membrana ocular com luz ultravioleta sem causar inflamação.
A eritema, ou seja, "queimadura solar", é perigosa sob a luz ultravioleta no intervalo até 300 nm. De acordo com algumas fontes, a eficácia espectral máxima da eritema ocorre em comprimentos de onda em torno de 300 nm []. A dose mínima que causa uma eritema mal perceptível MED (Dose Mínima Eritematosa) para diferentes tipos de pele varia de 150 a 2000 J/m2. Para os habitantes das regiões subtropicais, a MED típica pode ser considerada cerca de 200…300 J/m2.
UVB na faixa de 280-320 nm, com um máximo em torno de 300 nm, causa câncer de pele. Não há dose limiar, dose maior = maior risco, e o efeito é retardado.
Fig. 7 Curvas de ação do ultravioleta que causam eritema e câncer de pele.
O envelhecimento da pele induzido por foto é causado pela luz ultravioleta em todo o intervalo de 200…400 nm. É conhecida a foto de um caminhoneiro que foi exposto à luz solar ultravioleta principalmente do lado esquerdo enquanto dirigia. O motorista tinha o hábito de dirigir com a janela do lado do motorista abaixada, mas a parte direita do rosto esteve protegida da luz solar ultravioleta pelo para-brisa. A diferença na condição da pele do lado direito e esquerdo é impressionante:
Fig. 8 Foto do motorista que, durante 28 anos, dirigiu com a janela do lado do motorista abaixada [].
Se considerarmos de forma grosseira que a idade da pele de cada lado do rosto dessa pessoa difere em vinte anos e que isso se deve ao fato de que, aproximadamente, esses mesmos vinte anos, um lado do rosto ficou exposto ao sol e o outro não, podemos fazer uma conclusão cautelosa: um dia sob o sol aberto envelhece a pele em um dia.
De dados de referência [] é sabido que, em latitudes médias, no verão, sob luz solar direta, a dose mínima eritematosa de 200 J/m2 é alcançada em menos de uma hora. Comparando esses números com a conclusão feita, podemos chegar a mais uma conclusão: o envelhecimento da pele ao trabalhar periodicamente e por pouco tempo com lâmpadas ultravioleta não representa um perigo significativo.
Quanto de ultravioleta é necessário para desinfecção
O número de microorganismos sobreviventes em superfícies e no ar diminui exponencialmente com o aumento da dose de ultravioleta. Por exemplo, a dose que mata 90% das micobactérias da tuberculose é de 10 J/m2. Duas dessas doses matam 99%, três doses matam 99,9% e assim por diante.
Fig. 9 Dependência da fração de micobactérias da tuberculose sobreviventes em relação à dose de radiação ultravioleta a uma comprimento de onda de 254 nm.
A dependência exponencial é notável pelo fato de que até uma pequena dose mata a maior parte dos microorganismos.
Entre os microorganismos patogênicos listados em [] a salmonela é a mais resistente à radiação ultravioleta. A dose que mata 90% de suas bactérias é de 80 J/m2. Segundo a revisão [Kowalski2020], o valor médio da dose que mata 90% dos coronavírus é de 67 J/m2. Mas para a maioria dos microorganismos, essa dose não excede 50 J/m2. Para fins práticos, pode-se lembrar que a dose padrão que desinfecciona com 90% de eficácia é de 50 J/m2.
De acordo com o método aprovado pelo Ministério da Saúde da Rússia para o uso de ultravioleta na desinfecção do ar [] a eficácia máxima da desinfecção de "três noves" ou 99,9% é necessária para salas de cirurgia, maternidades, etc. Para salas de aula, espaços em edifícios públicos, etc., é suficiente "uma nove", ou seja, 90% de microorganismos destruídos. Isso significa que, dependendo da categoria do ambiente, é suficiente de uma a três doses padrão de 50 a 150 J/m2.
Exemplo de avaliação do tempo necessário para irradiação: vamos supor que seja necessário desinfetar o ar e as superfícies em uma sala de 5 × 7 × 2,8 metros, para o qual é utilizada uma lâmpada Philips TUV 30W aberta.
Na descrição técnica da lâmpada, o fluxo bactericida é de 12 W []. Em uma situação ideal, todo o fluxo vai estritamente para as superfícies a serem desinfetadas, mas na realidade metade do fluxo se perde sem utilidade, por exemplo, iluminando excessivamente a parede atrás do dispositivo. Portanto, vamos calcular um fluxo útil de 6 W. A área total irradiada das superfícies na sala – piso 35 m² + teto 35 m² + paredes 67 m², totalizando 137 m².
Em média, a superfície recebe um fluxo de radiação bactericida de 6 W/137m² = 0,044 W/m². Em uma hora, ou seja, em 3600 segundos, essa superfície receberá uma dose de 0,044 W/m² × 3600 s = 158 J/m², ou arredondadamente 150 J/m². O que corresponde a três doses padrão de 50 J/m² ou "três noves" – 99,9% de eficiência bactericida, ou seja, os requisitos para operacionais. E como a dose calculada, antes de atingir as superfícies, passou pelo volume da sala, o ar também foi desinfetado com a mesma eficácia.
Se os requisitos de esterilidade não forem rigorosos e bastar "uma nove", para o exemplo considerado, será necessário um tempo de irradiação três vezes menor – arredondadamente 20 minutos.
Proteção contra ultravioleta
A principal medida de proteção durante a desinfecção por ultravioleta é sair da sala. Permanecer perto de uma lâmpada UV em funcionamento, mas desviando o olhar não ajudará, as mucosas dos olhos ainda serão irradiadas.
Um meio parcial de proteção das mucosas dos olhos pode ser óculos de vidro. A afirmação categórica "o vidro não permite a passagem de ultravioleta" é incorreta; em certa medida, ele permite a passagem, e diferentes tipos de vidro fazem isso de forma diferente. Mas, de modo geral, com a diminuição do comprimento de onda, o coeficiente de transmissão diminui, e o UVC é efetivamente transmitido apenas pelo vidro quartzo. As lentes de óculos, em qualquer caso, não são de quartzo.
Pode-se afirmar com segurança que as lentes de óculos com a marcação UV400 não permitem a passagem de ultravioleta.
Fig. 10 Espectro de transmissão das lentes de óculos com índices UV380, UV400 e UV420. Imagem do site []
Uma medida de proteção é o uso de fontes de radiação UVC, que não emitem os comprimentos de onda UVB e UVA, potencialmente perigosos, mas ineficazes para desinfecção.
Fontes de ultravioleta
Diodos UV
Os diodos ultravioleta mais comuns são de 365 nm (UVA), destinados a 'lanternas de polícia', que causam luminescência para detectar contaminações invisíveis sem ultravioleta. A desinfecção com esses diodos é impossível (veja a figura 11).
Para desinfecção, podem ser utilizados diodos UVC de onda curta com comprimento de onda de 265 nm. O custo do módulo com diodos, que substituiria a lâmpada bactericida de mercúrio, é três ordens de magnitude mais alto do que o custo da lâmpada, portanto, na prática, essas soluções para desinfetar grandes áreas não são utilizadas. No entanto, estão surgindo dispositivos compactos com diodos UV para desinfetar pequenas superfícies – ferramentas, telefones, feridas na pele, etc.
Lâmpadas de mercúrio de baixa pressão
A lâmpada de mercúrio de baixa pressão é o padrão com o qual todas as outras fontes são comparadas.
A maior parte da radiação das vapores de mercúrio em baixa pressão durante o arco elétrico ocorre no comprimento de onda de 254 nm, perfeitamente adequado para desinfecção. Uma pequena parte da energia é emitida no comprimento de onda de 185 nm, que gera ozônio de forma intensa. E uma quantidade muito pequena de energia é emitida em outros comprimentos de onda, incluindo a faixa visível.
Nas lâmpadas fluorescentes de mercúrio branco normais, o vidro do bulbo não permite a passagem da radiação ultravioleta emitida pelos vapores de mercúrio. Porém, o fosforo, um pó branco nas paredes do bulbo, brilha na faixa visível sob a ação do ultravioleta.
As lâmpadas UVB ou UVA são construídas de forma semelhante, o bulbo de vidro não permite a passagem dos picos de 185 nm e 254 nm, mas o fósforo sob a ação do ultravioleta de onda curta emite luz não visível, enquanto o ultravioleta de onda longa. Essas lâmpadas são para fins técnicos. E como o espectro das lâmpadas UVA é semelhante ao do sol, essas lâmpadas também são usadas para bronzeamento. A comparação do espectro com a curva de eficácia bactericida mostra que não é viável usar lâmpadas UVB, e ainda mais UVA, para desinfecção.
Fig. 11 Comparação da curva de eficácia bactericida, espectro da lâmpada UVB, espectro da lâmpada UVA "para bronzeamento" e espectro do diodo de 365 nm. Os espectros das lâmpadas foram retirados do site da Associação Americana de Fabricantes de Tintas [].
Observamos que o espectro da lâmpada fluorescente UVA é amplo e abrange a faixa UVB. O espectro do diodo de 365 nm é significativamente mais estreito, sendo este "UVA verdadeiro". Se o UVA for necessário para causar luminescência para fins decorativos ou para detectar contaminações, a utilização do diodo é mais segura do que o uso da lâmpada fluorescente ultravioleta.
A lâmpada bactericida de mercúrio de baixa pressão UVC difere das fluorescentes porque não possui fósforo nas paredes do bulbo, e o bulbo permite a passagem de ultravioleta. A linha principal de 254 nm é sempre transmitida, enquanto a linha geradora de ozônio de 185 nm pode ser mantida no espectro da lâmpada ou removida pelo bulbo feito de vidro com passagem seletiva.
Fig. 12 A faixa de emissão é indicada na rotulagem das lâmpadas ultravioleta. A lâmpada bactericida UVC pode ser identificada pela ausência de fósforo no bulbo.
O ozônio exerce um efeito bactericida adicional, mas é um carcinógeno, portanto, para não esperar pela dissipação do ozônio após a desinfecção, utilizam-se lâmpadas que não geram ozônio, sem a linha de 185 nm no espectro. Essas lâmpadas possuem um espectro quase ideal — uma linha principal com alta eficácia bactericida de 254 nm, radiação muito fraca em faixas de ultravioleta não bactericidas e uma pequena radiação "sinalizadora" na faixa visível.
Fig. 13. O espectro da lâmpada de mercúrio de baixa pressão UVC (fornecido pela revista lumen2b.ru) é combinado com o espectro da radiação solar (do Wikipedia) e a curva de eficácia do efeito bactericida (do ESNA Lighting Handbook []).
O brilho azul das lâmpadas bactericidas permite ver que a lâmpada de mercúrio está ligada e funcionando. O brilho é fraco, e isso cria uma impressão enganosa de que é seguro olhar para a lâmpada. Não percebemos que a radiação na faixa UVC representa 35…40% da potência total consumida pela lâmpada.
Fig. 14 Uma pequena fração da energia emitida pelos vapores de mercúrio cai no intervalo visível e é vista como um fraco brilho azul.
A lâmpada bactericida de mercúrio de baixa pressão tem o mesmo soquete que uma lâmpada fluorescente comum, mas é feita de um comprimento diferente para que a lâmpada bactericida não seja inserida em luminárias comuns. A luminária para a lâmpada bactericida, além das dimensões, é diferente porque todas as partes plásticas são resistentes aos raios ultravioleta, os fios estão protegidos da radiação ultravioleta e não há difusor.
Para necessidades bactericidas em casa, o autor utiliza uma lâmpada bactericida de 15 W, anteriormente utilizada para desinfetar a solução nutritiva de um sistema hidropônico. Um análogo pode ser encontrado buscando "aquarium uv sterilisator". Durante a operação da lâmpada, é gerado ozônio, o que não é bom, mas útil para desinfetar, por exemplo, calçados.
Fig. 15 Lâmpadas de mercúrio de baixa pressão com soquetes de vários tipos. Imagens do site Aliexpress.
Lâmpadas de mercúrio de média e alta pressão
O aumento da pressão do vapor de mercúrio resulta em uma complexidade maior do espectro, que se amplia e apresenta mais linhas, incluindo nas comprimentos de onda que geram ozônio. A introdução de aditivos ao mercúrio resulta em uma complexidade espectral ainda maior. Existem muitas variações desse tipo de lâmpada, e o espectro de cada uma é especial.
Fig. 16 Exemplos de espectros de lâmpadas de mercúrio de média e alta pressão
O aumento da pressão reduz a eficiência da lâmpada. No exemplo da lâmpada de média pressão Aquafineuv, na faixa de UVC, ela emite apenas 15-18% da potência consumida, e não 40% como as lâmpadas de baixa pressão. E o custo do equipamento por watt de fluxo UVC fica mais alto.].
A redução da eficiência e o aumento do custo da lâmpada são compensados pela compactação. Por exemplo, a desinfecção de água em fluxo ou a secagem de verniz aplicado em alta velocidade na impressão exige fontes compactas e potentes, onde o custo unitário e a eficiência não são importantes. Mas usar tal lâmpada para desinfecção não é apropriado.
Condutor UV de um queimador DRL e lâmpadas DRT
Há uma maneira 'popular' de obter uma fonte poderosa de ultravioleta por um custo relativamente baixo. Estão saindo de uso, mas ainda são vendidos lâmpadas DRL de luz branca de 125…1000 W. Nessas lâmpadas, dentro da ampola externa, há um 'arc' – uma lâmpada de mercúrio de alta pressão. Ela emite ultravioleta de banda larga, que é retido pela ampola de vidro externo, mas faz brilhar o fósforo em suas paredes. Se quebrar a ampola externa e conectar o arc à rede através do reator padrão, obterá um poderoso emissor de ultravioleta de banda larga.
No entanto, esse emissor artesanal tem desvantagens: eficiência baixa em comparação com lâmpadas de baixa pressão, uma grande parte do ultravioleta fora do espectro bactericida, e não se pode permanecer no ambiente por algum tempo após desligar a lâmpada, até que o ozônio se desintegre ou evapore.
Mas também há indiscutíveis vantagens: baixo custo e alta potência em tamanhos compactos. Entre os benefícios, também está a geração de ozônio. O ozônio desinfetará superfícies sombreadas que não receberão raios ultravioleta.
Fig. 17 Emissor de ultravioleta feito de lâmpadas DRL. A fotografia é publicada com a autorização do autor, um dentista búlgaro que utiliza este emissor em complemento à lâmpada bactericida padrão Philips TUV 30W.
Fontes semelhantes de ultravioleta para desinfecção, na forma de lâmpadas de mercúrio de alta pressão, são usadas em emissores do tipo OUFK-01 'Solnyshko'.
Por exemplo, para a popular lâmpada 'DRT 125-1', o fabricante não publica o espectro, mas na documentação fornece parâmetros: intensidade de radiação a 1 m da lâmpada UVA – 0,98 W/m2, UVB – 0,83 W/m2, UVC – 0,72 W/m2, fluxo bactericida de 8 W, e após o uso é necessário ventilar o ambiente do ozônio []. Em resposta a uma pergunta direta sobre a diferença entre a lâmpada DRT e o arc DRL, o fabricante em seu blog respondeu que a DRT tem um revestimento verde isolante nos cátodos.
Fig. 18 Fonte de ultravioleta de banda larga – lâmpada DRT-125
As per the stated characteristics, the spectrum is broad with almost equal radiation share in soft, medium, and hard ultraviolet light, including capturing the ozone-generating hard UVC. The bactericidal flow constitutes 6.4% of the consumed power, meaning the efficiency is 6 times lower than that of a low-pressure tubular lamp.
The manufacturer does not publish the spectrum of this lamp, and the same image with the spectrum of some DRT circulates on the internet. The original source is unknown, but the energy ratio in the UVC, UVB, and UVA ranges does not correspond to what is stated for the DRT-125 lamp. For the DRT, approximately equal ratios are claimed, but the spectrum shows that the energy of UVB is multiple times greater than that of UBC. Furthermore, the energy in UVA is significantly higher than in UVB.
Fig. 19. Spectrum of a high-pressure mercury arc lamp, most often illustrating the spectrum commonly used for medical purposes DRT-125.
It is clear that bulbs with different pressure levels and additives in mercury emit somewhat differently. It is also clear that an uninformed consumer tends to imagine the desired characteristics and properties of a product, gain confidence based on their own assumptions, and make a purchase. Publishing the spectrum of a specific lamp will provoke discussions, comparisons, and conclusions.
The author once bought the OUFK-01 setup with a DRT-125 lamp and used it for several years to test the UV resistance of plastic products. Two products were simultaneously irradiated, one of which was a control made of UV-resistant plastic, to see which would yellow faster. For such an application, knowing the exact shape of the spectrum is not necessary; it is essential that the emitter is broad-spectrum. But why use broad-spectrum ultraviolet if disinfection is required?
The designation of the OUFK-01 indicates that the irradiator is used in acute inflammatory processes. That is, in cases where the positive effect of skin disinfection outweighs the potential harm of broad-spectrum ultraviolet. Obviously, even in such cases, it is better to use narrowband ultraviolet, without wavelengths in the spectrum that produce effects other than bactericidal.
Air disinfection
A luz ultravioleta é considerada um método inadequado para a desinfecção de superfícies, pois os raios não conseguem penetrar onde um líquido, como o álcool, pode. No entanto, a luz ultravioleta desinfeta efetivamente o ar.
Ao espirrar ou tossir, formam-se gotículas de alguns micrômetros, que permanecem no ar de alguns minutos a várias horas []. Estudos sobre a tuberculose mostraram que uma única gotícula aerossol é suficiente para causar infecção.
Do lado de fora, estamos relativamente seguros devido ao volume enorme e à movimentação do ar, que pode diluir e desinfetar qualquer espirro ao longo do tempo e com a radiação solar. Mesmo no metrô, enquanto a porcentagem de pessoas infectadas for baixa, o volume total de ar por pessoa infectada é grande, e uma boa ventilação torna o risco de propagação da infecção baixo. O local mais perigoso durante pandemias de doenças transmissíveis pelo ar é o elevador. Portanto, os que espirram devem ficar em quarentena, e o ar em locais públicos com ventilação inadequada precisa ser desinfetado.
Recirculadores
Uma das opções para desinfetar o ar são os recirculadores UV fechados. Vamos discutir um desses recirculadores – o "Dezar 7", conhecido por ter sido visto até no gabinete do chefe de Estado.
Na descrição do recirculador, está indicado que ele processa 100 m³ por hora e é destinado ao tratamento de um ambiente de 100 m³ (aproximadamente 5 × 7 × 2,8 metros).
No entanto, a capacidade de desinfetar 100 m³ de ar por hora não significa que o ar em uma sala de 100 m³ será tratado com a mesma eficácia em uma hora. O ar tratado dilui o ar poluído e, dessa forma, entra no recirculador repetidamente. Não é difícil construir um modelo matemático e calcular a eficácia desse processo:
Fig. 20 Impacto da operação do recirculador UV na quantidade de microrganismos no ar de uma sala sem ventilação.
Para reduzir a concentração de microrganismos no ar em 90%, o recirculador precisa operar por mais de duas horas. Na ausência de ventilação no local, isso é possível. Mas, em geral, não existem ambientes com pessoas e sem ventilação. Por exemplo, [] exige um gasto mínimo de ar externo durante a ventilação de 3 m3 por hora para 1 m2 de área do apartamento. Isso corresponde a uma troca completa de ar a cada hora e torna desnecessária a operação do recirculador.
Se considerarmos o modelo de não-mistura completa, mas de jatos laminares que seguem uma trajetória complexa estabelecida na sala e vão para a ventilação, o benefício da desinfecção de um desses jatos é ainda menor do que no modelo de mistura completa.
De qualquer forma, o recirculador UV não é mais eficaz do que uma janela aberta.
Uma das razões para a baixa eficiência dos recirculadores é que o efeito bactericida é extremamente baixo em relação a cada watt de fluxo UV. O feixe penetra cerca de 10 centímetros dentro do dispositivo, e depois é refletido pelo alumínio com um coeficiente de aproximadamente k=0,7. Isso significa que a distância efetiva do feixe dentro do dispositivo é de cerca de meio metro, após o qual é absorvido sem eficácia.
Fig. 21. Frame do vídeo no Youtube que analisa o recirculador. Podem ser vistas as lâmpadas bactericidas e a superfície refletora de alumínio, que reflete significativamente pior a luz ultravioleta do que a luz visível [].
Uma lâmpada bactericida que está exposta na parede do consultório e é ligada pelo médico conforme a agenda é muitas vezes mais eficaz. Os raios da lâmpada aberta percorrem vários metros, desinfetando primeiro o ar e depois também as superfícies.
Expositores de ar na parte superior do ambiente
Em quartos de hospitais onde estão constantemente pacientes acamados, às vezes são usadas instalações UV que irradiam os fluxos de ar circulantes sob o teto. A principal desvantagem dessas instalações é que a grade que cobre as lâmpadas permite a passagem apenas dos raios que vão em uma direção estrita, absorvendo sem eficácia mais de 90% do restante do fluxo.
É possível fazer com que o ar passe adicionalmente por tal irradiador, para que também se torne um recirculador, mas isso não é feito, provavelmente devido à aversão a transformá-lo em um acumulador de poeira na sala.
Fig. 22 Irradiador de ar UV montado no teto, imagem do site [].
As grelhas protegem as pessoas dentro do ambiente do fluxo direto de ultravioleta, mas o fluxo que passa pela grelha atinge o teto e as paredes, sendo refletido de forma difusa, com um coeficiente de reflexão de cerca de 10%. O ambiente se enche de radiação ultravioleta em todas as direções e as pessoas recebem uma dose de ultravioleta proporcional ao tempo passado no ambiente.
Revisores e autor
Revisores:
Artyom Balabanov, engenheiro eletricista, desenvolvedor de sistemas de cura UV;
Rumen Vasilev, Doutor em Engenharia, especialista em iluminação, OOD "Interlux", Bulgária;
Vadim Grigorov, biofísico;
Stanislav Lermontov, engenheiro de iluminação, LLC "Sistemas Integrados";
Aleksey Pankrashkin, Doutor em Engenharia, professor, tecnologia e fotônica de semicondutores, LLC "INTEK Engineering";
Andrei Kramov, especialista em projeto de iluminação para instituições de saúde;
Vitaly Tsvirko, chefe do laboratório de testes de iluminação "CSOT NAS da Bielorrússia"
Autor: Anton Sharakshane, Doutor em Filosofia e Matemática, especialista em iluminação e biofísica, Primeiro MGMU im. I.M. Sechenov
Links
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[Airsteril]
[Aquafineuv]
[CIE 155:2003] CIE 155:2003 DESINFECÇÃO DO AR POR ULTRAVIOLETA
[DIN 5031-10] DIN 5031-10 2018 Física da radiação óptica e engenharia de iluminação. Parte 10: Radiação fotobiologicamente eficaz, quantidades, símbolos e espectros de ação. Física das radiações ópticas e engenharia de iluminação. Radiação fotobiologicamente ativa. Dimensões, símbolos e espectros de ação.
[ESNA] Manual de Iluminação ESNA, 9ª Edição. ed. Rea M.S. Sociedade de Engenharia de Iluminação da América do Norte, Nova York, 2000
[IEC 62471] GOST R IEC 62471-2013 Lâmpadas e sistemas de lâmpadas. Segurança fotobiológica
[Kowalski2020] Wladyslaw J. Kowalski et al., 2020 Suscetibilidade ao coronavírus COVID-19 ao ultravioleta, DOI: 10.13140/RG.2.2.22803.22566
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[Paint]
[TUV]
[OMS] Organização Mundial da Saúde. Radiação ultravioleta: Revisão científica oficial sobre os efeitos da radiação UV no meio ambiente e na saúde, mencionando o esgotamento da camada de ozônio global.
[Dezar]
[R 3.5.1904-04] R 3.5.1904-04 Uso de radiação ultravioleta bactericida para desinfecção do ar em ambientes fechados
[SP 60.13330.2016] SP 60.13330.2016 Aquecimento, ventilação e ar condicionado.
Fonte: habr.com
