Alternativas para filtro antiviral a la salida del Respirador

editado 18 de marzo en Prototipos
Buenos días,

Una de las críticas que veo recogidas con más asiduidad por parte del personal sanitario con respecto a los respiradores de emergencia en general y a los respiradores autónomos de emergencia en particular es que estos tienden a producir el virus en aerosol a la salida del aire exhalado por el paciente. En respiradores comerciales esto se suple con filtros aptos para virus, de los que a buen seguro tendremos también escasez en las próximas semanas. Tened en cuenta que aunque las gotas de aerosol puedan ser micrométricas, el virus SARS-CoVid-2 tiene un tamaño entre 60-140 nm, así que los filtros tienen que ser capaces de retener partículas de ese tamaño.

Abro este hilo para poner distintas alternativas de filtrado tanto para los respiradores de emergencia como para los comerciales si es que llegan a verse sin filtros de repuesto para estas máquinas.

Miguel Ángel

Edit: el primer post está en inglés porque al principio teníamos ingleses en el chat. Más abajo lo tenéis en español.
Edit: amplio para otros respiradores
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Comentarios

  • editado 18 de marzo
    Filtering viruses from aerosol in emergency respirators

    Emergency ventilators are not designed to contain viruses. For this reason, during normal use, viruses will be spread as an aerosol from the air exhaled by the patient which will severly limit the use of such devices.

    The size of the SARS-CoVid-2 range from 60-140 nm [1,2], therefore specialized ativiral filters are needed even exceeding the specifications of HEPA filters common in home purification systems [3]. In a shortage of supply as it is the case in pandemic events it is important to find reliable alternatives to filter the viruses. UV treatment is not a valid option as we need complete inactivation of the viruses in real time and they are extremely resilient to radiation [4]. Nevertheless, contrary to radiation, chemical inactivation exposing the virus to an oxidant like bleach or to a surfactant rich water solution is demonstrated to be a safe path to inactivate the viruses [5]. Therefore, we need to provide a solution where we can inactivate viruses in aerosols exhaled by the patients with chemical oxidant and surfactants solutions.

    Looking at the literature, there are extensive reports on the removal of nanoparticles from aerosols in the range of 10 nm-1 µm through bubblers [6,7,8]. This removal happens independently of the hydrophobicity of the particle and it is increased with the column height (see Figure 1). Also, the presence of surfactants in the water column result in the stabilization of microbubbles [6]. This is desirable as the smaller the bubbles, raising through the bubbling column, the greater the ratio area/volume which means more chances of particle removal. A particular interesting feature of these columns is that contrary to filters, they do not get clogged over time, which reduces their maintenance and makes them a robust solution [6].



    Figure 1. Reprinted from [6]. Separation efficiency for spherical, non-bouncing particles and carbon nanoparticle agglomerates depending on the liquid level in the column.

    From now on, it starts my speculative approach to inactivate the viruses in aerosols exhaled by patients with a AMBU-based ventilator:

    - The exhaled air needs to be circulated through a water column containing bleach and surfactants.

    - To introduce the air in the water column we can use a no return valve. Better to use a reliable one but they can be built quite easy with cheap tubing:


    Source: https://www.youtube.com/watch?v=vJiA43Mn1D0

    - As the air exhaled needs to overcome the hydrostatic pressure, this imposes a limit to the height of the water column without further compressing of the exhaled air. There are ways to partially address this issue but in the end you need to overcome always the hydrostatic pressure.

    - Using a blend of surfactants designed to get stable foams (any commercial one to wash dishes by hand) will ensure and additional physical barrier, as the bubbled air needs to pass through the high effective area of soapy bubble surfaces.

    - In order to decrease the air bubble size, it can be atomized in several ways at the entrance in the water column. For example with a fish tank oxygen pump atomizer or with any other porous media as a sponge:

    - An HEPA filter as the ones in home air purifiers would be a good option at the exit of the water column, as an additional containment measure.

    If you have any question about these ideas please contact me at mafernandez@ub.edu

    References:

    [1] Identification of Coronavirus Isolated from a Patient in Korea with COVID-19. https://doi.org/10.24171/j.phrp.2020.11.1.02

    [2] A Novel Coronavirus from Patients with Pneumonia in China, 2019. https://dx.doi.org/10.1056/NEJMoa2001017

    [3] https://en.wikipedia.org/wiki/HEPA

    [4] Inactivation of Thirty Viruses by Gamma Radiation. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC377377/

    [5] Persistence of coronaviruses on inanimate surfaces and their inactivation with biocidal agents. https://doi.org/10.1016/j.jhin.2020.01.022

    [6] Optimization of bubble column performance for nanoparticle collection. http://dx.doi.org/10.1016/j.jhazmat.2014.01.040

    [7] Separation of gas-borne nanoparticles in bubble columns. http://dx.doi.org/10.1016/j.jaerosci.2012.05.012

    [8] Removal of Fine and Ultrafine Particles by Means of a Condensational Growth Assisted Bubble Column. https://dx.doi.org/10.1002/cjce.22842


  • editado 18 de marzo
    Filtrar virus del aerosol en un respirador autónomo de emergencia

    Los respiradores de emergencia no están diseñadas para contener virus. Por esta razón, durante el uso normal, los virus se propagarán como un aerosol del aire exhalado por el paciente, lo que limitará severamente el uso de tales dispositivos.

    El tamaño del rango de SARS-CoVid-2 es de 60-140 nm [1,2], por lo tanto, se necesitan filtros antivirales especializados que excedan incluso las especificaciones de los filtros HEPA comunes en los sistemas de purificación domésticos [3]. En una escasez de suministro, como es el caso en los eventos de pandemia, es importante encontrar alternativas confiables para filtrar los virus. El tratamiento con UV no es una opción válida, ya que necesitamos la inactivación completa de los virus en tiempo real y estos son extremadamente resistentes a la radiación [4]. Sin embargo, a diferencia de la radiación, la inactivación química que expone el virus a un oxidante como la lejía o una solución de agua rica en surfactante (jabonosa) es una vía segura para inactivar los virus [5]. Por lo tanto, necesitamos proporcionar una solución donde podamos inactivar virus en aerosoles exhalados por los pacientes con soluciones químicas oxidantes y tensioactivos.

    Mirando la literatura, hay informes extensos sobre la eliminación de nanopartículas de aerosoles en el rango de 10 nm-1 µm a través de burbujeadores [6,7,8]. Esta eliminación ocurre independientemente de la hidrofobicidad de la partícula y se incrementa con la altura de la columna (ver Figura 1). Además, la presencia de tensioactivos en la columna de agua da como resultado la estabilización de microburbujas [6]. Esto es deseable ya que cuanto más pequeñas son las burbujas, que se elevan a través de la columna de burbujeo, mayor es la relación área / volumen, lo que significa más posibilidades de eliminación de partículas. Una característica interesante de estas columnas es que, al contrario de los filtros, no se obstruyen con el tiempo, lo que reduce su mantenimiento y las convierte en una solución robusta [6].


    Figura 1. Reimpreso de [6]. Eficiencia de separación para partículas esféricas, sin rebote y aglomerados de nanopartículas de carbono, dependiendo del nivel de líquido en la columna.

    A partir de ahora, comienza mi idea especulativa para inactivar los virus en aerosoles exhalados por pacientes con un ventilador basado en AMBU:

    - El aire exhalado debe circular a través de una columna de agua que contenga lejía y surfactantes.

    - Para introducir el aire en la columna de agua podemos usar una válvula de no retorno. Es mejor usar una confiable, pero se pueden construir bastante fácilmente con tubos de plástico en caso de extrema necesidad:

    Fuente: https://www.youtube.com/watch?v=vJiA43Mn1D0

    - Como el aire exhalado necesita superar la presión hidrostática, esto impone un límite a la altura de la columna de agua sin comprimir más el aire exhalado. Hay formas de abordar parcialmente este problema, pero al final debes superar siempre la presión hidrostática.

    - El uso de una mezcla de tensioactivos diseñados para obtener espumas estables (cualquier comercial para lavar los platos a mano) asegurará una barrera física adicional, ya que el aire burbujeante debe pasar a través del área de las superficies de burbujas de jabón que es muy grande.

    - Para disminuir el tamaño de la burbuja de aire, se puede atomizar de varias maneras en la entrada de la columna de agua. Por ejemplo, con un atomizador de bomba de oxígeno para acuarios o con cualquier otro medio poroso como una esponja.

    - Un filtro HEPA como los de los purificadores de aire domésticos sería una buena opción a la salida de la columna de agua, como medida de contención adicional.

    Si tiene alguna pregunta sobre estas ideas, contactadme en mafernandez@ub.edu

    Referencias

    [1] Identification of Coronavirus Isolated from a Patient in Korea with COVID-19. https://doi.org/10.24171/j.phrp.2020.11.1.02

    [2] A Novel Coronavirus from Patients with Pneumonia in China, 2019. https://dx.doi.org/10.1056/NEJMoa2001017

    [3] https://en.wikipedia.org/wiki/HEPA

    [4] Inactivation of Thirty Viruses by Gamma Radiation. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC377377/

    [5] Persistence of coronaviruses on inanimate surfaces and their inactivation with biocidal agents. https://doi.org/10.1016/j.jhin.2020.01.022

    [6] Optimization of bubble column performance for nanoparticle collection. http://dx.doi.org/10.1016/j.jhazmat.2014.01.040

    [7] Separation of gas-borne nanoparticles in bubble columns. http://dx.doi.org/10.1016/j.jaerosci.2012.05.012

    [8] Removal of Fine and Ultrafine Particles by Means of a Condensational Growth Assisted Bubble Column. https://dx.doi.org/10.1002/cjce.22842



  • Se podría reducir la sobrepresión necesaria usando vacío en la parte superior de la columna de agua. Eso permitiría poner varias columnas de menor longitud en serie o en paralelo (mejor capacidad de filtrado, mayor volumen de aire filtrado). La altura máxima acumulada que se podría poner de columna sería de casi 10 m (a nivel del mar).
  • Si se centralizase el sistema de filtrado de todos lo de la planta en un solo tanque sí lo vería factible, pero si debe ser algo portátil lo veo mucho más complicado.
  • Mi intuición me dice que de todos modos podríamos simplemente usar varios filtros HEPA sumergidos en agua jabonosa con lejía. Pero de esto no he encontrado referencias en las que apoyarme.
  • Dejo también aquí el link y el pdf a una publicación relacionada: Testing the Efficacy of Homemade Masks: Would They Protect in an Influenza Pandemic?


    Si necesitáis que os descargue cualquier paper decídmelo.
  • Estoy haciendo una encuesta entre médicos y búsqueda de empresas fabricantes de material médico. Necesitamos información de primera mano sobre materiales, quizá podamos importarlo o pedirlo a algún almacén. Por favor, ¿alguna persona que se una al plan?

    En cuanto a la filtración en columna de líquido desinfectante, también se puede realizar un cálculo de la altura de líquido necesaria. No conozco si existe el dato mínimo para infección por este virus, para determinar una concentración de salida o todavía no.
  • Naia dijo:
    Estoy haciendo una encuesta entre médicos y búsqueda de empresas fabricantes de material médico. Necesitamos información de primera mano sobre materiales, quizá podamos importarlo o pedirlo a algún almacén. Por favor, ¿alguna persona que se una al plan?
    Tenemos un colega en el foro que ha hecho algo de investigación sobre eso. Se llama Karim del Espacio Open de Bilbao. Ha estudiado donde comprar mascarillas y respiradores. Mándame un mail y te pongo en contacto --> d.cuartielles@abierto.cc

  • Naia dijo:
    Estoy haciendo una encuesta entre médicos y búsqueda de empresas fabricantes de material médico. Necesitamos información de primera mano sobre materiales, quizá podamos importarlo o pedirlo a algún almacén. Por favor, ¿alguna persona que se una al plan?

    En cuanto a la filtración en columna de líquido desinfectante, también se puede realizar un cálculo de la altura de líquido necesaria. No conozco si existe el dato mínimo para infección por este virus, para determinar una concentración de salida o todavía no.
    He estado investigando, voy a lanzar la consulta si se podría utilizar carbón activo para completar el filtrado del aire, otra posible solución, sería que el aire de entrada pase a través de una zona de radiación UV-C, ésta es capaz de matar al virus.
  • editado 16 de marzo
    -Dejo por aqui un documento interesante que habla de los tipos de filtro bacterianos virales  durante la ventilacion mecanica invasiva.


    -En españa solo hay una fabrica de mascarillas tipo FFp3  la empresa es Sibol.es  , a lo mejor se puede conseguir material a traves de ellos  para los filtros etc




    -



  • editado 16 de marzo
    La partícula del covid 19 tiene 120nm (0,12 micron).
    La eficiencia de los filtros HEPA se mide en base a una escala, en base a la cual se pueden buscar suministros de otras industrias ( algunosfiltros de aspiradoras valen, otros no):

    Here are the different levels of HEPA filters: (The higher the number following "HEPA", the higher the level of filtration is optimum.)

    • HEPA H14: pass up 0.005% of 0.1 micron particles per liter of air.
    • HEPA H13: pass up 0.05% of 0.1 micron particles per liter of air.
    • HEPA H12: pass more than 0.5% of 0.1 micron particles per liter of air.
    • HEPA H11: pass a maximum of 5% of 0.1 micron particles per liter of air.
    • HEPA H10: pass more than 15% of 0.1 micron particles per liter of air.
    • Thus, a more optimal filtration will need a more efficient model ( H14 or H13).

    The HEPA filter is made from fiber glass or filter paper and form mini folds to increase the filter surface. It has the ability to retain the microparticles with a scattering effect, it captures particles and slows inertia. It has large filtration area, the proven high quality and performance even in difficult environments.


    Nederman por ejemplo fabrica filtros H13 industriales a gran escala, quizá quieran colaborar. Les contacto?

  • gertorro dijo:
    Se podría reducir la sobrepresión necesaria usando vacío en la parte superior de la columna de agua. Eso permitiría poner varias columnas de menor longitud en serie o en paralelo (mejor capacidad de filtrado, mayor volumen de aire filtrado). La altura máxima acumulada que se podría poner de columna sería de casi 10 m (a nivel del mar).
    Si conectad vacio tienes que vigilar donde iran los virus que succione


  • Muy importante medir la resistencia "dinámica" creada pir los filtros y que pasa con tiempo (obturacion) y humedad... una sobrepresion puede resultar mortal...


  • Por si sirve: el carbon activado adhiere los virus auque los poros sean mayores... los filtros antigas llevan carbon. Pero complicado medirlo
  • Hola a todos. ¿No podría haber un problema de olores en la sala en la que se emplease el sistema con lejía?. Es verdad que no se a qué concentración debería emplearse.
  • editado 16 de marzo
    ¿Cómo veis el tratamiento térmico del aire exhalado? El equipo sería sencillo: radiación infrarroja directa con resistencias eléctricas o bien, más complejo, con intercambiadores de calor. El calor podría emplearse como inactivador molecular y deshidratante. El equipo sería de regulación sencilla, estaría integrado por componentes de amplia disponibilidad y podría plantearse tanto para su uso individual como colectivo.
    Bien es cierto la vía térmica seguramente podría exigir la evacuación de gases al exterior para evitar calefactar la sala, más teniendo en cuenta que nos acercamos al verano, pero un colector común no sería excesivamente complejo. Alternativamente podría refrigerarse el aire de salida con agua. Esto exigiría bien el recambio periódico de tanques, bien instalar un circuito cerrado, con refrigeración centralizada del agua mediante intercambio o, por último, un circuito abierto, que exigiría disponer de un desagüe en la sala.

  • Por si sirve: el carbon activado adhiere los virus auque los poros sean mayores... los filtros antigas llevan carbon. Pero complicado medirlo
    y si se mezclase carbón activado con base surfactante? y un generador de vació en la parte superior para vencer el volumen?
  • juacalagu dijo:
    Naia dijo:
    Estoy haciendo una encuesta entre médicos y búsqueda de empresas fabricantes de material médico. Necesitamos información de primera mano sobre materiales, quizá podamos importarlo o pedirlo a algún almacén. Por favor, ¿alguna persona que se una al plan?

    En cuanto a la filtración en columna de líquido desinfectante, también se puede realizar un cálculo de la altura de líquido necesaria. No conozco si existe el dato mínimo para infección por este virus, para determinar una concentración de salida o todavía no.
    He estado investigando, voy a lanzar la consulta si se podría utilizar carbón activo para completar el filtrado del aire, otra posible solución, sería que el aire de entrada pase a través de una zona de radiación UV-C, ésta es capaz de matar al virus.

    Soy muy escéptico del tratamiento por UV en virus. En bacterias hay mecanismos que atacas rápido, pero los virus son mucho más resistentes por simples. La referencia [5] y una de las citas del mismo (Stability of SARS coronavirus in human specimens and environment and its sensitivity to heating and UV irradiation. Biomed Environ Sci. 2003; 16: 246–255) van en el camino de que al menos se necesita 1h continuada de exposición UV con mucha intensidad a un cultivo para inactivarlo (y esto ya me sorprende como físico, cuando normalmente se necesitan Mega rads de radiación gamma para inactivar virus). Lo usaría como refuerzo en todo caso.

  • hola a todos. mi nombre es Jorge. nosotros también hemos diseñado un sistema sencillo para respiradores.
    en cuanto a la solución para el filtro antivirus a la salida, hay una solución muy sencilla y fácil de usar, esto se basaría (según nuestro diseño, en el cual el aire exhalado, se retira por una tubería) se podría pasar por un quemador... y así ya no habría problemas.
    el sistema diseñado por nosotros, permite la entrada y salida de aire al paciente de forma automática y no se produce ningún tipo de salida de virus en el hospital, puesto que el aire expulsado es dirigido por una tubería mediante un sistema de venturi...
    NOS PONEMOS EN CONTACTO PARA CUALQUIER COLABORACION.
    656801716
  • juacalagu dijo:
    Naia dijo:
    Estoy haciendo una encuesta entre médicos y búsqueda de empresas fabricantes de material médico. Necesitamos información de primera mano sobre materiales, quizá podamos importarlo o pedirlo a algún almacén. Por favor, ¿alguna persona que se una al plan?

    En cuanto a la filtración en columna de líquido desinfectante, también se puede realizar un cálculo de la altura de líquido necesaria. No conozco si existe el dato mínimo para infección por este virus, para determinar una concentración de salida o todavía no.
    He estado investigando, voy a lanzar la consulta si se podría utilizar carbón activo para completar el filtrado del aire, otra posible solución, sería que el aire de entrada pase a través de una zona de radiación UV-C, ésta es capaz de matar al virus.

    Soy muy escéptico del tratamiento por UV en virus. En bacterias hay mecanismos que atacas rápido, pero los virus son mucho más resistentes por simples. La referencia [5] y una de las citas del mismo (Stability of SARS coronavirus in human specimens and environment and its sensitivity to heating and UV irradiation. Biomed Environ Sci. 2003; 16: 246–255) van en el camino de que al menos se necesita 1h continuada de exposición UV con mucha intensidad a un cultivo para inactivarlo (y esto ya me sorprende como físico, cuando normalmente se necesitan Mega rads de radiación gamma para inactivar virus). Lo usaría como refuerzo en todo caso.
    ...Ç
    Nosotros ofrecemos como solición meter el aire a un quemador por ejemplo de gas ya que nuestro sistema elimina el aire de exalación de los pacientes fuera de las habitaciones sin contaminar a nadie mas


  • admin dijo:
    Naia dijo:
    Estoy haciendo una encuesta entre médicos y búsqueda de empresas fabricantes de material médico. Necesitamos información de primera mano sobre materiales, quizá podamos importarlo o pedirlo a algún almacén. Por favor, ¿alguna persona que se una al plan?
    Tenemos un colega en el foro que ha hecho algo de investigación sobre eso. Se llama Karim del Espacio Open de Bilbao. Ha estudiado donde comprar mascarillas y respiradores. Mándame un mail y te pongo en contacto --> d.cuartielles@abierto.cc
    nosotros hemos diseñado un respirador muy sencillo que podría funcionar y elimina el problema de los filtros

  • JorgeC dijo:
    admin dijo:
    Naia dijo:
    Estoy haciendo una encuesta entre médicos y búsqueda de empresas fabricantes de material médico. Necesitamos información de primera mano sobre materiales, quizá podamos importarlo o pedirlo a algún almacén. Por favor, ¿alguna persona que se una al plan?
    Tenemos un colega en el foro que ha hecho algo de investigación sobre eso. Se llama Karim del Espacio Open de Bilbao. Ha estudiado donde comprar mascarillas y respiradores. Mándame un mail y te pongo en contacto --> d.cuartielles@abierto.cc
    nosotros hemos diseñado un respirador muy sencillo que podría funcionar y elimina el problema de los filtros


    ¿Podéis adjuntar un esquema de cómo sería? Desde luego quemar los virus suena genial. Lo de redirigir el aire exhalado con venturi es lo que me ha saltado las alarmas, porque un venturi solo hace vacío parcial. Tampoco es que me imagine dónde iría el quemador para no interferir con el respirador.
  • La partícula del covid 19 tiene 120nm (0,12 micron).
    La eficiencia de los filtros HEPA se mide en base a una escala, en base a la cual se pueden buscar suministros de otras industrias ( algunosfiltros de aspiradoras valen, otros no):

    Here are the different levels of HEPA filters: (The higher the number following "HEPA", the higher the level of filtration is optimum.)

    • HEPA H14: pass up 0.005% of 0.1 micron particles per liter of air.
    • HEPA H13: pass up 0.05% of 0.1 micron particles per liter of air.
    • HEPA H12: pass more than 0.5% of 0.1 micron particles per liter of air.
    • HEPA H11: pass a maximum of 5% of 0.1 micron particles per liter of air.
    • HEPA H10: pass more than 15% of 0.1 micron particles per liter of air.
    • Thus, a more optimal filtration will need a more efficient model ( H14 or H13).

    The HEPA filter is made from fiber glass or filter paper and form mini folds to increase the filter surface. It has the ability to retain the microparticles with a scattering effect, it captures particles and slows inertia. It has large filtration area, the proven high quality and performance even in difficult environments.


    Nederman por ejemplo fabrica filtros H13 industriales a gran escala, quizá quieran colaborar. Les contacto?


    Ojo, que en la referencia [2] ya encuentras datos distintos, de que el virus tiene una dispersión de tamaños entre 60 y 140 nm y entonces tus cálculos ya no valen. Tienes más info en el hilo de fisico-química de mascarillas:


  • La partícula del covid 19 tiene 120nm (0,12 micron).
    La eficiencia de los filtros HEPA se mide en base a una escala, en base a la cual se pueden buscar suministros de otras industrias ( algunosfiltros de aspiradoras valen, otros no):

    Here are the different levels of HEPA filters: (The higher the number following "HEPA", the higher the level of filtration is optimum.)

    • HEPA H14: pass up 0.005% of 0.1 micron particles per liter of air.
    • HEPA H13: pass up 0.05% of 0.1 micron particles per liter of air.
    • HEPA H12: pass more than 0.5% of 0.1 micron particles per liter of air.
    • HEPA H11: pass a maximum of 5% of 0.1 micron particles per liter of air.
    • HEPA H10: pass more than 15% of 0.1 micron particles per liter of air.
    • Thus, a more optimal filtration will need a more efficient model ( H14 or H13).

    The HEPA filter is made from fiber glass or filter paper and form mini folds to increase the filter surface. It has the ability to retain the microparticles with a scattering effect, it captures particles and slows inertia. It has large filtration area, the proven high quality and performance even in difficult environments.


    Nederman por ejemplo fabrica filtros H13 industriales a gran escala, quizá quieran colaborar. Les contacto?


    Ojo, que en la referencia [2] ya encuentras datos distintos, de que el virus tiene una dispersión de tamaños entre 60 y 140 nm y entonces tus cálculos ya no valen. Tienes más info en el hilo de fisico-química de mascarillas:


    Ante las dudas que tengo, por preguntar sólo: ¿qué peso tendrían las partículas a retirar?
    ¿Se podría usar un separador ciclónico? Si no tienen suficiente peso para ser separadas, ¿se podría usar una solución de agua con surfactante y desinfectante para crear gotas más grandes en el separador y mejorar la eficiencia del ciclón?
    Los ciclones no tienen el inconveniente de los filtros tradicionales y si se complementan con un desinfectante adecuado podrían tener una vida mucho más larga que las soluciones actuales.
    Obvio que hacer pasar un caudal de aire por un separador capaz de filtrar partículas tan pequeñas cuesta su presión, pero también los filtros tienen desventajas.
  • Ufff, me pongo a hacer cálculos de la aceleración en g's que necesitarías, pero te avanzo que va a ser bestial porque son partículas en suspensión de 60 nm de material biológico, así que muy poco densos, y el contraste en densidad con el aire será muy bajo.
  • Acabo de estar haciendo números, un ciclón de palmo (20 cm aprox de tamaño) y asumiendo una densidad de partícula a quitar de 1000 (material biológico~agua) en aire normal alimentado a 1 m/s tiene un diámetro efectivo de captura de 7.6 micras y una caída de presión bastante baja (del orden de 100 Pa, no he hecho el cálculo completo).
    Si la densidad del virus es más alta o las partículas a recoger también son más grandes (de ahí lo de hacer un rociador en la entrada para ayudar) se tendría un separador de una etapa, barato, con poco o nulo desgaste. Además se puede imprimir en 3D ya que no tiene que estar en contacto directo con el paciente y sería muy barato. El sistema de rociado y recirculación se puede hacer con una bomba de acuario sin más problema.



    La fuente para los cálculos es esta: https://www.researchgate.net/publication/312160127_Design_and_fabrication_of_cyclone_separator
  • Y respecto a las aceleraciones, si un solo ciclón no es suficiente, si se baja el tamaño la aceleración crece con 1/r. En cualquier caso, necesitaría tener datos de la densidad (o el peso) de cada unidad de virus para poder lanzar un caso de simulación y ver qué eficacia tendría.
  • gertorro dijo:
    Acabo de estar haciendo números, un ciclón de palmo (20 cm aprox de tamaño) y asumiendo una densidad de partícula a quitar de 1000 (material biológico~agua) en aire normal alimentado a 1 m/s tiene un diámetro efectivo de captura de 7.6 micras y una caída de presión bastante baja (del orden de 100 Pa, no he hecho el cálculo completo).
    Si la densidad del virus es más alta o las partículas a recoger también son más grandes (de ahí lo de hacer un rociador en la entrada para ayudar) se tendría un separador de una etapa, barato, con poco o nulo desgaste. Además se puede imprimir en 3D ya que no tiene que estar en contacto directo con el paciente y sería muy barato. El sistema de rociado y recirculación se puede hacer con una bomba de acuario sin más problema.



    La fuente para los cálculos es esta: https://www.researchgate.net/publication/312160127_Design_and_fabrication_of_cyclone_separator

    Ok, ahora veo por qué necesitas un rociador y asegurarte que las partículas están en las gotas de agua. Me parece un sistema que hay que pensarlo muy mucho porque aunque las rocíes con agua dados los flujos de aire tan grandes vas a evaporarla conforme atraviesa el ciclón y en el momento en que tengas los virus sin agua la difusión (movimiento browniano) vence a la sedimentación o explicado en terminología de ciclones, las partículas tienen una inercia muy pequeña y acompañan al aire en todo su recorrido y salen por arriba inutilizando el proceso. Incluso si nos olvidamos de la evaporación y consideramos que las gotas de agua rociadas sean de tamaño ~10 µm en todo momento hay dos factores a tener en cuenta: 1) necesitas una eficiencia de captura en el rociador de los virus muy alta, lo cuál nos pone en el mismo problema que la columna de agua, y 2) el agua va a impactar con las paredes del ciclón y como no sean ultrahidrófobas se van a adherir a estas y se evaporarán igualmente liberando a los virus al flujo de aire y saliendo por arriba de nuevo.

    Vamos a hacer números para comprobar que estos virus son coloides en suspensión. Adjunto el desarrollo que voy a usar (gracias al Prof. Lucio Isa) que es básicamente comparar tiempo de sedimentación t_s y tiempo de difusión t_D y si t_s < t_D significa que el coloide sedimentará y no difundirá mientras que lo contrario, t_D < t_s implica que el coloide estará dominado por la difusión y no sedimentará.

    Para ello vamos a necesitar la densidad de los virus que buscando (https://ls.beckmancoulter.co.jp/files/cases/Fundamentals_of_Ultracentrifugal_Virus_Purification.pdf) es de unos 1700-1000 kg/m3 = 700 kg/m3 (en el link dan densidad de flotabilidad, que es el exceso sobre la de agua). El radio de partícula más pequeña es 30e-9 m (60/2 nm = 30 nm), g= 9.8 m/s2 y KBT= 4.11e-21 J a temperatura ambiente. 

    Con estos datos:
    t_D = 1e-6 t_s

    t_D es 6 órdenes de magnitud menor que t_S, claramente está dominado por la difusión y por lo tanto olvídate de sedimentarlas.


  • Estoy de acuerdo con todo lo que expones, sin embargo, esos cálculos asumen que g es la estándar.
    Si en el ciclón se llegan a aceleraciones de varias centenas de miles de gs (no es descabellado, dados los tamaños y velocidades típicos) los tiempos de sedimentación y difusión pueden ser comparables y el virus sedimentará.
    El usar agua extra es para ayudar a proveer de un soporte que evite la difusión del material que se adhiere a las paredes y que a la vez inactive al virus por ruptura de la envolvente en el momento que entre en contacto con la solución. No necesariamente se debe inyectar tanta como para "lavar" el coloide y puesto que los patrones de flujo dentro de un separador de este tipo son muy uniformes, no debería haber problema con reatomización de esta inyección de agua secundaria.

    En cualquier caso, el caso de CFD lo vamos a lanzar igualmente (ventajas de tener a la gente aburrida en casa) para comprobar qué efecto tiene un diseño preliminar sobre una población de partículas con una distribución plana de 10^-7 a 10^-4 m de diámetro.

    No va a ser perfecto, ni mucho menos, pero los ordenes de magnitud de caídas de presión en el sistema son completamente distintos de los filtros de columna al filtrado por separación ciclónica. Si una etapa tiene un 90% de efectividad, poniendo 2 en serie ya se llega al 99% y se pueden elegir los parámetros de diseño con bastante libertad para encontrar un buen balance entre flujo volumétrico y eficacia de filtrado a muchos factores de carga distintos a base de combinación de unidades. Esto se podría usar incluso como pre-filtro antes de un filtro tradicional y evitar que se colmate durante más tiempo.
  • gertorro dijo:
    Estoy de acuerdo con todo lo que expones, sin embargo, esos cálculos asumen que g es la estándar.
    Si en el ciclón se llegan a aceleraciones de varias centenas de miles de gs (no es descabellado, dados los tamaños y velocidades típicos) los tiempos de sedimentación y difusión pueden ser comparables y el virus sedimentará.
    El usar agua extra es para ayudar a proveer de un soporte que evite la difusión del material que se adhiere a las paredes y que a la vez inactive al virus por ruptura de la envolvente en el momento que entre en contacto con la solución. No necesariamente se debe inyectar tanta como para "lavar" el coloide y puesto que los patrones de flujo dentro de un separador de este tipo son muy uniformes, no debería haber problema con reatomización de esta inyección de agua secundaria.

    En cualquier caso, el caso de CFD lo vamos a lanzar igualmente (ventajas de tener a la gente aburrida en casa) para comprobar qué efecto tiene un diseño preliminar sobre una población de partículas con una distribución plana de 10^-7 a 10^-4 m de diámetro.

    No va a ser perfecto, ni mucho menos, pero los ordenes de magnitud de caídas de presión en el sistema son completamente distintos de los filtros de columna al filtrado por separación ciclónica. Si una etapa tiene un 90% de efectividad, poniendo 2 en serie ya se llega al 99% y se pueden elegir los parámetros de diseño con bastante libertad para encontrar un buen balance entre flujo volumétrico y eficacia de filtrado a muchos factores de carga distintos a base de combinación de unidades. Esto se podría usar incluso como pre-filtro antes de un filtro tradicional y evitar que se colmate durante más tiempo.
    Necesito que me expliques entonces más porque no entiendo el proceso de separado. Aquí necesitas que los virus colisionen con las paredes y de ahí caigan. No entiendo cómo vas a tener virus sedimentando porque una vez colisionen g va a ser de nuevo la gravitatoria y de nuevo tienes un régimen difusivo.

    Lo que sí podría llegar a ver es que si las paredes están constantemente regadas en lejía pura y puedes asegurar que los virus impacten les pille donde les pille en el flujo del aire del ciclón entonces los inactivarías porque los llevarías en contacto con un oxidante y ya te da igual que salga por arriba, una vez inactivo. Pero hay que echar muchos números y lo que vale con 100 nm no vale con 60 nm, que el radio va a la 4 y esa diferencia tan nimia ya da cerca de un orden de magnitud más en favor de la difusión que tendrías que contrarrestar con 10 veces más g's
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