Resistencia de las vías respiratorias. Resistencia pulmonar. Flujo de aire. Flujo laminar. Flujo turbulento. Flujo de aire laminar Cálculos y hechos.

Cuando un fluido fluye a través de un canal cerrado, como una tubería o entre dos placas planas, puede ocurrir cualquiera de dos tipos de flujo dependiendo de la velocidad y la viscosidad del fluido: flujo laminar o flujo turbulento. El flujo laminar tiende a ocurrir a velocidades más bajas, por debajo del umbral en el que se vuelve turbulento. El flujo turbulento es un régimen de flujo menos ordenado que se caracteriza por remolinos o pequeños paquetes de partículas líquidas que resultan en una mezcla lateral. En términos no científicos, el flujo laminar es liso, mientras que el flujo turbulento es brusco .

Relación con el número de Reynolds

El tipo de flujo que ocurre en un fluido en un canal es importante en los problemas de dinámica de fluidos y luego se ve afectado por la transferencia de calor y masa en los sistemas de fluidos. El número de Reynolds adimensional es un parámetro importante en las ecuaciones que describen si las condiciones de flujo completamente desarrolladas dan como resultado un flujo laminar o turbulento. El número de Reynolds es la relación entre la fuerza de inercia y la fuerza de corte de un fluido: qué tan rápido se mueve el fluido en relación con su viscosidad, independientemente de la escala del sistema de fluido. El flujo laminar generalmente ocurre cuando el fluido se mueve lentamente o es muy viscoso. Al aumentar el número de Reynolds, por ejemplo al aumentar el caudal de un fluido, el flujo pasará de flujo laminar a turbulento dentro de un cierto rango de números de Reynolds del rango de transición laminar-turbulento dependiendo de pequeños niveles de perturbación en el fluido o imperfecciones en el sistema de flujo. Si el número de Reynolds es muy pequeño, mucho menor que 1, entonces el fluido exhibirá flujo de Stokes, o lento, donde la fuerza viscosa del fluido está dominada por fuerzas de inercia.

El cálculo específico del número de Reynolds y el valor donde se produce el flujo laminar dependerán de la geometría del sistema de flujo y de la estructura del flujo. Un ejemplo general de flujo a través de una tubería, donde el número de Reynolds está dado por

R e = ρ u D H μ = u D H ν = Q D H ν A , (\displaystyle \mathrm (Re) =(\frac (\rho uD_(\text(H)))(\mu ))=(\frac ( uD_(\text(H)))(\nu ))=(\frac (QD_(\text(H)))(\nu A)),) D H representa el diámetro hidráulico de la tubería (m); q representa el caudal volumétrico (m3/s); Ésta es el área de la sección transversal de la tubería (m2); Ud. es la velocidad promedio del fluido (unidades SI: m/s); μ representa la viscosidad dinámica del líquido (Pa s = N s / m 2 = kg / (m s)); ν es la viscosidad cinemática del líquido, ν = µ/r (m2/s); ρ representa la densidad del líquido (kg/m3).

Para tales sistemas, el flujo laminar ocurre cuando el número de Reynolds está por debajo de un valor crítico de aproximadamente 2040, aunque el rango de transición suele estar entre 1800 y 2100.

Para sistemas hidráulicos que ocurren en superficies externas, como flujos alrededor de objetos suspendidos en un fluido, se pueden usar otras definiciones de números de Reynolds para predecir el tipo de flujo alrededor del objeto. El número de Reynolds de partículas Re p se utilizará para partículas suspendidas en un fluido fluido, por ejemplo. Al igual que con el flujo en tuberías, el flujo laminar ocurre típicamente con números de Reynolds más bajos, mientras que el flujo turbulento y fenómenos relacionados, como los remolinos, ocurren con números de Reynolds más altos.

Ejemplos

Una aplicación común del flujo laminar es el flujo suave de un fluido viscoso a través de un tubo o tubería. En este caso, la velocidad del flujo cambia de cero en las paredes del máximo a lo largo del centro de la sección transversal del recipiente. El perfil de flujo laminar en una tubería se puede calcular dividiendo el flujo en elementos cilíndricos delgados y aplicándoles una fuerza viscosa.

Otro ejemplo sería el flujo de aire sobre el ala de un avión. La capa límite es una lámina de aire muy fina que se encuentra sobre la superficie del ala (y todas las demás superficies del avión). Como el aire tiene viscosidad, esta capa de aire tiende a adherirse al ala. A medida que el ala avanza en el aire, la capa límite primero fluye suavemente sobre la forma aerodinámica del perfil aerodinámico. Aquí el flujo es laminar y la capa límite es una capa laminar. Prandtl aplicó el concepto de capa límite laminar a superficies aerodinámicas en 1904.

barreras de flujo laminar

El flujo de aire laminar se utiliza para separar volúmenes de aire o evitar que contaminantes transportados por el aire ingresen a un área. Las campanas de flujo laminar se utilizan para eliminar la contaminación de procesos sensibles en ciencia, electrónica y medicina. Las cortinas de aire se utilizan a menudo en entornos comerciales para permitir que el aire caliente o frío fluya a través de las puertas. Un reactor de flujo laminar (LFR) es un reactor que utiliza flujo laminar para estudiar reacciones químicas y mecanismos de proceso.

Para reducir la contaminación en las salas blancas de alta calidad, se utilizan sistemas de ventilación especiales en los que el flujo de aire se mueve de arriba a abajo sin turbulencias, es decir. laminado. Con un flujo de aire laminar, las partículas de suciedad de personas y equipos no se esparcen por toda la habitación, sino que se acumulan en un flujo cerca del suelo.


Patrón de flujo de aire para "sala limpia turbulenta"	Patrón de flujo de aire para "Sala limpia de flujo laminar"

Construcciones

En general, las salas blancas incluyen los siguientes elementos básicos:

estructuras de paredes de cerramiento (marcos, paneles de pared ciegos y acristalados, puertas, ventanas);

techos de paneles y casetes sellados con lámparas de trama integradas;

suelos antiestáticos;

Revestimiento de suelo de zona limpia Clean-Zone se suministra en rollos estándar, para ser instalado profesionalmente como revestimiento de suelo de pared a pared, creando una trampa permanente e inevitable para la suciedad.

sistema de preparación de aire (unidades de ventilación de suministro, extracción y recirculación, dispositivos de admisión de aire, distribuidores de aire con filtros finales, dispositivos de control de aire, equipos de sensores y elementos de automatización, etc.);

sistema de control para sistemas de ingeniería de salas blancas;

esclusas de aire;

ventanas de transferencia;

Charlas sobre salas limpias

Módulos de filtro y ventilador para crear zonas limpias dentro de salas blancas.

Industria electrónica es uno de los mayores consumidores de salas blancas del mundo. Los requisitos para el nivel de limpieza en esta industria son los más estrictos. La tendencia al crecimiento constante de estos requisitos ha llevado a enfoques cualitativamente nuevos para crear entornos limpios. La esencia de estos enfoques es crear tecnologías aislantes, es decir. en la separación física de un determinado volumen de aire limpio del medio ambiente. Esta separación, generalmente herméticamente cerrada, eliminó la influencia de una de las fuentes de contaminación más intensas: el hombre. El uso de tecnologías aislantes conlleva la introducción generalizada de la automatización y la robotización. El uso de salas limpias en microelectrónica tiene sus propias características: los requisitos de limpieza del aire ambiente para las partículas de aerosol pasan a primer plano. También se imponen mayores exigencias al sistema de puesta a tierra de las salas blancas, especialmente en términos de garantizar la ausencia de electricidad estática. La microelectrónica requiere la creación de salas blancas de las más altas clases de limpieza con la instalación de pisos elevados perforados para mejorar las líneas de flujo de aire, es decir. aumentando la unidireccionalidad del flujo.

Las instalaciones de producción limpia deben proporcionar condiciones para la máxima limpieza de la producción; asegurar el aislamiento del volumen interno; entrada a salas blancas a través de un vestíbulo especial (pasarela).

La presión en una sala limpia debe ser mayor que la presión atmosférica, lo que ayuda a expulsar el polvo. En la esclusa de aire, se sopla la ropa del personal para eliminar las partículas de polvo.

En las salas limpias, se crean flujos de aire laminares y los flujos turbulentos creados por partes giratorias y móviles del equipo son inaceptables. Es necesario asegurarse de que no haya elementos calientes que contribuyan a la formación de corrientes de convección.

Normalmente se utilizan un suelo de celosía y un techo de celosía.

Las salas limpias contienen un mínimo de equipamiento.

Dado que la producción de salas blancas es muy cara, se utilizan zonas locales de eliminación de polvo.

Una de las formas efectivas de reducir costos al crear complejos de salas blancas es zonificación de la sala limpia en áreas locales, que pueden diferir entre sí tanto en la clase de limpieza del aire como en el propósito funcional (solo protección del producto, o protección tanto del producto como del medio ambiente).

Por lo tanto, dentro de una sala limpia con una clase de limpieza baja, se pueden crear zonas limpias con una clase de limpieza más alta que la habitación donde se encuentran sobre las áreas críticas del proceso tecnológico.

El objetivo principal de las zonas limpias:

mantener parámetros de aire específicos en el espacio de trabajo local;

protección del producto contra las influencias ambientales.

Según la definición dada en GOST R ISO 14644-1-2000, una zona limpia es un espacio definido en el que se controla, construye y opera la concentración de partículas en el aire para minimizar la entrada, liberación y retención de partículas dentro del área, y permite controlar otros parámetros como la temperatura, la humedad y la presión, según sea necesario.

Las zonas limpias se pueden construir estructuralmente. ya sea como parte del sistema general de ventilación de la sala blanca o como productos independientes.

El primer método es aplicable cuando la ubicación de las zonas limpias se establece en la etapa de diseño de la creación de una sala limpia y no está sujeta a cambios durante todo el período de su funcionamiento, así como cuando es necesario suministrar aire de suministro a la Espacio de trabajo de la zona limpia.

El segundo método implica la posibilidad de cambiar la ubicación de las zonas limpias, lo que brinda mayores oportunidades para cambiar el proceso tecnológico y modernizar los equipos. En este caso, las zonas limpias, diseñadas como productos independientes, pueden estar unidas a las estructuras eléctricas de la sala limpia o ser productos móviles autónomos que se pueden mover dentro de la sala limpia.

La mayoría de las veces, se utilizan condiciones de producción limpias con un mínimo de personal, utilizando máquinas semiautomáticas. A menudo se utilizan instalaciones locales. Recientemente, se han comenzado a utilizar instalaciones en clúster.

Especificaciones:

1 Presión última en cámara limpia, vacía y desgasificada, Pa 1,33x10-3

2 Tiempo de recuperación de presión 1,33x10-3 Pa, min 30

3 Dimensiones de la cámara de trabajo, mm Diámetro Alto 900 1000

4 Número de aceleradores de plasma con cátodos metálicos (SPU-M) con separación del flujo de plasma, uds.

5 Número de aceleradores de plasma pulsado con cátodos de grafito (IPU-S) con separación del flujo de plasma, uds.

6 Número de fuentes de iones extendidas para limpieza y asistencia (tipo RIF), uds.

7 Calentamiento de sustratos, 0С 250

8 Equipamiento tecnológico: Conjunto planetario individual, uds. Planetario doble, uds.

9 Sistema de inyección de gas de proceso

10 Sistema de gestión y control de procesos

11 Bombeo de alto vacío: dos bombas de difusión funcionando en paralelo NVDM-400 con una capacidad de 7000 l/s cada una

12 Bombeo de vacío previo: Unidad de vacío previo AVR-150 con una capacidad de 150 l/s

13 Potencia eléctrica máxima consumida por una instalación de vacío, kW, no más de 50

14 Superficie ocupada por una instalación de vacío, m2 25

Descripción:

quirófanos de hospitales
control del flujo de aire

Durante las últimas décadas, en nuestro país y en el extranjero, se ha observado un aumento de las enfermedades inflamatorias purulentas causadas por infecciones, que, según la definición de la Organización Mundial de la Salud (OMS), comúnmente se denominan infecciones nosocomiales (IAAS). Un análisis de las enfermedades causadas por infecciones nosocomiales muestra que su frecuencia y duración dependen directamente del estado del aire en las instalaciones hospitalarias. Para garantizar los parámetros microclimáticos necesarios en los quirófanos (y salas blancas industriales), se utilizan distribuidores de aire de flujo unidireccional. Los resultados del monitoreo del ambiente del aire y el análisis del movimiento de los flujos de aire mostraron que el funcionamiento de dichos distribuidores proporciona los parámetros microclimáticos requeridos, pero a menudo empeora la pureza bacteriológica del aire. Para proteger el área crítica, es necesario que el flujo de aire que sale del dispositivo se mantenga rectitud y no pierda la forma de sus límites, es decir, el flujo no debe expandirse ni contraerse sobre el área protegida donde se realiza el procedimiento quirúrgico.

Los quirófanos son uno de los eslabones más críticos en la estructura de un edificio hospitalario en cuanto a la importancia del proceso quirúrgico, además de proporcionar las condiciones de microclima especiales necesarias para su exitosa implementación y finalización. En este caso, la fuente de liberación de partículas bacterianas es principalmente el personal médico, que es capaz de generar partículas y liberar microorganismos cuando se mueve por la habitación. La intensidad de las partículas que ingresan al aire interior depende del grado de movilidad de las personas, la temperatura y la velocidad del aire en la habitación. Las infecciones nosocomiales tienden a moverse por el quirófano con corrientes de aire y siempre existe el riesgo de que penetren en la cavidad desprotegida de la herida del paciente operado. De las observaciones se desprende claramente que el funcionamiento inadecuado de los sistemas de ventilación conduce a una acumulación intensiva de infección hasta niveles que superan los permitidos.

Desde hace varias décadas, especialistas de diferentes países desarrollan soluciones de sistemas para garantizar las condiciones del aire en los quirófanos. El flujo de aire suministrado a la habitación no solo debe asimilar diversas sustancias nocivas (calor, humedad, olores, sustancias nocivas) y mantener los parámetros microclimáticos requeridos, sino también garantizar la protección de áreas estrictamente establecidas contra infecciones que ingresan a ellas, es decir, lo necesario. limpieza del aire interior. El área donde se llevan a cabo las intervenciones invasivas (penetración en el cuerpo humano) puede denominarse zona operativa o “crítica”. La norma define dicha área como “zona operativa de protección sanitaria” y entiende por ella el espacio donde se ubican la mesa de operaciones, mesas auxiliares para instrumentos y materiales, equipos, así como el personal médico con ropa esterilizada. Existe el concepto de “núcleo tecnológico”, que se refiere al área donde se llevan a cabo los procesos de producción en condiciones estériles, cuyo significado puede correlacionarse con el área operativa.

Para evitar la penetración de contaminantes bacterianos en las áreas más críticas, se han utilizado ampliamente métodos de detección mediante el uso de flujo de aire de desplazamiento. Se crearon varios diseños de distribuidores de aire de flujo laminar y posteriormente el término "laminar" se cambió por flujo "unidireccional". Actualmente, se pueden encontrar diversos nombres para los dispositivos de distribución de aire en salas blancas, como “laminar”, “techo laminar”, “techo operativo”, “sistema operativo de aire limpio”, etc., lo que no cambia su esencia. El distribuidor de aire está integrado en la estructura del techo, encima de la zona de protección de la habitación, y puede tener diferentes tamaños según el flujo de aire. El área óptima recomendada de dicho techo debe ser de al menos 9 m2 para cubrir completamente el área operativa con mesas, equipos y personal. El flujo de aire desplazable a bajas velocidades viene de arriba hacia abajo, como una cortina, cortando tanto el campo aséptico de la zona de intervención quirúrgica como la zona de transferencia de material estéril del ambiente. El aire se elimina simultáneamente de las zonas inferior y superior de la habitación. Los filtros HEPA (clase H según) están integrados en la estructura del techo, a través de la cual pasa el aire de suministro. Los filtros atrapan pero no desinfectan las partículas vivas.

Actualmente, en todo el mundo se presta mucha atención a la cuestión de la desinfección del aire en hospitales y otras instituciones donde existen fuentes de contaminación bacteriana. En los documentos se plantea la necesidad de desinfectar el aire del quirófano con una eficiencia de inactivación de partículas de al menos el 95 %, así como los conductos de aire y los equipos del sistema climático. Las partículas bacterianas liberadas por el personal quirúrgico entran continuamente en el aire de la habitación y se acumulan en él. Para garantizar que la concentración de partículas en el aire interior no alcance los niveles máximos permitidos, es necesario el control del aire. Dicho control debe realizarse después de la instalación, mantenimiento o reparación de los sistemas de control climático, es decir, en el modo de funcionamiento de una sala limpia.

El uso de distribuidores de aire de flujo unidireccional con filtros ultrafinos tipo techo incorporados en quirófanos se ha vuelto común entre los diseñadores. Los flujos de aire de gran volumen descienden por la habitación a baja velocidad, aislando el área protegida del medio ambiente. Sin embargo, muchos profesionales desconocen que estas soluciones no son suficientes para mantener niveles adecuados de desinfección del aire durante los procedimientos quirúrgicos.

El hecho es que existen bastantes diseños de dispositivos de distribución de aire, cada uno de los cuales tiene su propia área de aplicación. Las salas blancas de quirófano dentro de su clase "limpia" se dividen en clases según el grado de limpieza, dependiendo de su finalidad. Por ejemplo, quirófanos de cirugía general, quirófano de cirugía cardíaca o quirófano ortopédico, etc. Cada caso concreto tiene sus propios requisitos para garantizar la limpieza.

Los primeros ejemplos del uso de distribuidores de aire para salas blancas aparecieron a mediados de los años cincuenta. Desde entonces, se ha vuelto tradicional distribuir el aire en las salas de producción limpias a través de un techo perforado cuando se requieren bajas concentraciones de partículas o microorganismos. El flujo de aire se mueve a través de todo el volumen de la habitación en una dirección a una velocidad uniforme, normalmente de 0,3 a 0,5 m/s. El aire se suministra a través de un banco de filtros de aire de alta eficiencia ubicados en el techo de la sala blanca. El suministro de aire se organiza según el principio de un pistón de aire que se mueve hacia abajo por toda la habitación, eliminando los contaminantes. La eliminación del aire se produce a través del suelo. Este tipo de movimiento de aire contribuye a la eliminación de contaminantes en aerosol, cuyas fuentes son el personal y los procesos. Esta disposición de ventilación tiene como objetivo garantizar un aire limpio en la habitación, pero requiere grandes flujos de aire y, por tanto, no es rentable. Para salas blancas de clase 1000 o ISO clase 6 (clasificación ISO), la tasa de intercambio de aire puede oscilar entre 70 y 160 veces por hora.

Posteriormente, aparecieron dispositivos modulares más racionales, con tamaños significativamente más pequeños y bajos costos, lo que permitió seleccionar un dispositivo de suministro de aire en función del tamaño del área protegida y las tasas de intercambio de aire requeridas de la habitación, dependiendo del propósito de la habitación.

Análisis del funcionamiento de distribuidores de aire laminares.

Las unidades de flujo laminar se utilizan en salas de producción limpias y sirven para distribuir grandes volúmenes de aire, proporcionando techos, campanas de suelo y regulación de presión de la habitación especialmente diseñados. En estas condiciones, se garantiza el funcionamiento de los distribuidores de flujo laminar para proporcionar el flujo unidireccional requerido con líneas de flujo paralelas. Una alta tasa de intercambio de aire ayuda a mantener condiciones cercanas a las isotérmicas en el flujo de aire de suministro. Los techos diseñados para la distribución de aire con grandes intercambios de aire, debido a su gran superficie, proporcionan una velocidad de flujo de aire inicial baja. El funcionamiento de los dispositivos de escape ubicados al nivel del piso y el control de la presión del aire en la habitación minimizan el tamaño de las zonas de flujo de recirculación, y el principio de "un paso y una salida" se implementa fácilmente. Las partículas en suspensión se presionan contra el suelo y se eliminan, por lo que hay poco riesgo de que vuelvan a circular.

Sin embargo, cuando estos distribuidores de aire funcionan en un quirófano, la situación cambia significativamente. Para mantener niveles aceptables de pureza bacteriológica del aire en los quirófanos, los valores calculados de intercambio de aire suelen ser de 25 veces por hora o incluso menos, es decir, no son comparables con los valores de las instalaciones industriales. Para mantener un flujo de aire estable entre el quirófano y las salas adyacentes, generalmente se mantiene un exceso de presión en él. El aire se elimina a través de dispositivos de escape instalados simétricamente en las paredes de la zona inferior de la habitación. Para distribuir volúmenes de aire más pequeños, por regla general, se utilizan dispositivos de flujo laminar de área pequeña, que se instalan solo sobre el área crítica de la habitación en forma de una isla en el medio de la habitación, en lugar de utilizando todo el techo.

Las observaciones muestran que dichos dispositivos laminares no siempre proporcionarán un flujo unidireccional. Dado que casi siempre hay una diferencia entre la temperatura en la corriente de suministro y la temperatura del aire ambiente (5-7 ° C), el aire más frío que sale del dispositivo de suministro desciende mucho más rápido que un flujo unidireccional isotérmico. Esto es algo común en los difusores de techo utilizados en edificios públicos. Existe la idea errónea de que los pisos laminares proporcionan un flujo de aire estable y unidireccional independientemente de la ubicación o el método de aplicación. De hecho, en condiciones reales, la velocidad del flujo laminar vertical de baja temperatura aumentará a medida que se acerque al suelo. Cuanto mayor sea el volumen de aire suministrado y menor su temperatura en relación con el aire ambiente, mayor será la aceleración de su flujo. La tabla muestra que el uso de un sistema laminar con un área de 3 m 2 con una diferencia de temperatura de 9 ° C da un aumento triple en la velocidad del aire ya a una distancia de 1,8 m desde el inicio del camino. La velocidad del aire a la salida del dispositivo de suministro es de 0,15 m/s y al nivel de la mesa de operaciones alcanza los 0,46 m/s. Este valor excede el nivel aceptable. Muchos estudios han demostrado durante mucho tiempo que con caudales de entrada excesivos es imposible mantener su "unidireccionalidad". El análisis del control del aire en quirófanos, realizado, en particular, por Salvati (1982) y Lewis (Lewis, 1993), mostró que en algunos casos el uso de unidades de flujo laminar con altas velocidades de aire conduce a un aumento en el nivel de Contaminación del aire en la zona de la incisión quirúrgica con el consiguiente riesgo de infección.

Dependencia de la velocidad del flujo de aire del área.
panel laminar y temperatura del aire de impulsión

	Consumo de aire, m 3 / (h. m 2)	Presión, Pa	Velocidad del aire a una distancia de 2 m del panel, m/s
	Consumo de aire, m 3 / (h. m 2)	Presión, Pa	3 °С T	6 °С T	8 °С T	11 °С T	CAROLINA DEL NORTE
Panel único	183	2	0,10	0,13	0,15	0,18	<20
	366	8	0,18	0,20	0,23	0,28	<20
	549	18	0,25	0,31	0,36	0,41	21
	732	32	0,33	0,41	0,48	0,53	25
1,5-3,0 m2	183	2	0,10	0,15	0,15	0,18	<20
	366	8	0,18	0,23	0,25	0,31	22
	549	18	0,25	0,33	0,41	0,46	26
	732	32	0,36	0,46	0,53	-	30
Más de 3 m2	183	2	0,13	0,15	0,18	0,20	21
	366	8	0,20	0,25	0,31	0,33	25
	549	18	0,31	0,38	0,46	0,51	29
	732	32	0,41	0,51	-	-	33

T - diferencia entre la temperatura del suministro y el aire ambiente

Cuando el flujo se mueve, en el punto inicial las líneas de flujo de aire serán paralelas, luego los límites del flujo cambiarán, estrechándose hacia el piso y ya no podrá proteger el área determinada por las dimensiones del flujo laminar. unidad. A velocidades del aire de 0,46 m/s, el flujo capturará el aire de baja circulación de la habitación. Dado que las partículas bacterianas se liberan constantemente en la habitación, las partículas infectadas se mezclarán con el flujo de aire proveniente de la unidad de suministro, ya que las fuentes de su liberación funcionan constantemente en la habitación. Esto se ve facilitado por la recirculación del aire resultante del aire presurizado en la habitación. Para mantener la limpieza de los quirófanos, según las normas, es necesario asegurar un desequilibrio de aire debido a un exceso del 10% del flujo de entrada sobre el de escape. El exceso de aire se desplaza a salas adyacentes menos limpias. En las condiciones modernas, las puertas correderas herméticas se utilizan a menudo en los quirófanos; el exceso de aire no tiene a dónde ir, circula por toda la habitación y se devuelve a la unidad de suministro mediante ventiladores integrados para su posterior limpieza en los filtros y el suministro secundario a la habitación; . El aire circulante recoge todas las partículas contaminadas del aire de la habitación y, al acercarse al flujo de suministro, puede contaminarlo. Debido a la violación de los límites del flujo, el aire del espacio circundante se mezcla con él y las partículas patógenas penetran en la zona estéril, que se considera protegida.

La alta movilidad favorece el desprendimiento intensivo de partículas de piel muerta de las zonas desprotegidas de la piel del personal médico y su entrada directamente en la incisión quirúrgica. Por otro lado, cabe señalar que el desarrollo de enfermedades infecciosas en el postoperatorio es provocado por el estado de hipotermia del paciente, que se intensifica cuando se expone a corrientes de aire frío de mayor movilidad.

Por tanto, un difusor de aire de flujo laminar, utilizado tradicionalmente y eficaz en un entorno de sala limpia, puede ser perjudicial para las operaciones en un quirófano convencional.

Esta conversación es válida para dispositivos de flujo laminar, que tienen un área promedio de aproximadamente 3 m 2, óptima para proteger el área operativa. Según los requisitos estadounidenses, la velocidad del flujo de aire en la salida de los paneles laminares no debe exceder los 0,15 m/s, es decir, deben fluir 14 l/s de aire hacia la habitación desde 1 pie 2 (0,09 m 2) de área del panel. En nuestro caso, será de 466 l / s (1677,6 m 3 / h) o aproximadamente 17 veces / h. Según el valor estándar de intercambio de aire en los quirófanos, debería ser 20 veces por hora, 25 veces por hora, por lo que 17 veces por hora cumple plenamente los requisitos. Resulta que el valor de 20 veces por hora corresponde a una habitación con un volumen de 64 m 3.

Según los estándares actuales, el área de un quirófano estándar (cirugía general) debe ser de al menos 36 m2. Y los requisitos para los quirófanos para operaciones más complejas (cardiológicas, ortopédicas, etc.) son mucho mayores y, a menudo, el volumen de dicho quirófano puede superar los 135-150 m 3 . El sistema de distribución de aire para estos casos requerirá un área y una capacidad de aire significativamente mayores.

En el caso de organizar el flujo de aire en quirófanos más grandes, surge el problema de mantener la laminaridad del flujo desde el plano de salida hasta el nivel de la mesa de operaciones. Se han realizado estudios del comportamiento del flujo de aire en varios quirófanos. Se instalaron paneles de flujo laminar en diferentes salas, que se dividieron por superficie en dos grupos: 1,5–3 m 2 y más de 3 m 3, y se instalaron unidades de aire acondicionado experimentales que permitieron cambiar la temperatura del aire de impulsión. Se llevaron a cabo mediciones repetidas del caudal de aire entrante con diferentes caudales y cambios de temperatura, cuyos resultados se pueden ver en la tabla.

Criterios de limpieza de la habitación.

Las decisiones correctas con respecto a la organización de la distribución del aire en los quirófanos: elegir el tamaño racional de los paneles de suministro, garantizar el caudal y la temperatura estándar del aire de suministro no garantizan una desinfección absoluta del aire en la habitación. La cuestión de la desinfección del aire en los quirófanos se planteó con agudeza hace más de 30 años, cuando se propusieron diversas medidas antiepidemiológicas. Y ahora el objetivo de los requisitos de los documentos normativos modernos para el diseño y funcionamiento de hospitales es la desinfección del aire, donde los sistemas HVAC se presentan como la principal forma de prevenir la propagación y acumulación de infecciones.

Por ejemplo, la norma considera que la desinfección es el objetivo principal de sus requisitos, y señala: "un sistema HVAC diseñado adecuadamente minimiza la transmisión aérea de virus, bacterias, esporas de hongos y otros contaminantes biológicos", y los sistemas HVAC desempeñan un papel importante en el control. infecciones y otros factores dañinos. Se destaca el requisito para los sistemas de aire acondicionado de quirófano: “el sistema de suministro de aire debe estar diseñado para minimizar la introducción de bacterias en las áreas estériles junto con el aire, manteniendo también el máximo nivel de limpieza en el resto del quirófano”.

Sin embargo, los documentos reglamentarios no contienen requisitos directos para determinar y controlar la eficacia de la desinfección mediante diversos métodos de ventilación, y los diseñadores a menudo tienen que realizar actividades de búsqueda, lo que lleva mucho tiempo y distrae del trabajo principal.

En nuestro país existe una gran cantidad de literatura reglamentaria diferente sobre el diseño de sistemas HVAC para edificios hospitalarios, y en todas partes se expresan requisitos para la desinfección del aire que, por muchas razones objetivas, son prácticamente difíciles de implementar para los diseñadores. Esto requiere no solo el conocimiento de los equipos de desinfección modernos y su uso correcto, sino, lo más importante, un seguimiento epidemiológico adicional oportuno del aire interior, que da una idea de la calidad del funcionamiento de los sistemas HVAC, pero, desafortunadamente, no siempre se lleva a cabo. Si la limpieza de las instalaciones industriales limpias se evalúa por la presencia de partículas (por ejemplo, partículas de polvo), entonces el indicador de la limpieza del aire en las salas blancas de los edificios médicos son las bacterias vivas o las partículas formadoras de colonias, cuyos niveles permitidos se dan en. Para mantener estos niveles, se debe monitorear periódicamente el ambiente del aire en busca de indicadores microbiológicos, para lo cual es necesario poder contarlos. La metodología para recolectar y contar microorganismos para evaluar la pureza del aire aún no se ha presentado en ninguno de los documentos reglamentarios. Es importante que el recuento de partículas microbianas se realice en el quirófano, es decir, durante la operación. Pero para ello es necesario tener listo el diseño e instalación del sistema de distribución de aire. El nivel de desinfección o la eficiencia del sistema no se pueden determinar antes de que comience a funcionar en el quirófano, esto sólo puede hacerse bajo condiciones de al menos varios procesos operativos. Esto plantea grandes dificultades a los ingenieros, ya que la investigación, aunque necesaria, va en contra de la disciplina antiepidémica del hospital.

Cortina de aire

Para garantizar las condiciones de aire requeridas en el quirófano, es importante organizar adecuadamente el trabajo conjunto de entrada y salida de aire. Al colocar racionalmente los dispositivos de suministro y escape en el quirófano, se puede mejorar la naturaleza del flujo de aire.

En los quirófanos es imposible utilizar toda la superficie del techo para la distribución del aire y la superficie del suelo para la evacuación del aire. Las campanas de suelo son antihigiénicas porque se ensucian rápidamente y son difíciles de limpiar. Los sistemas voluminosos, complejos y costosos nunca han encontrado su aplicación en quirófanos pequeños. Por estas razones, lo más racional es la disposición en “isla” de paneles laminares sobre el área crítica con la instalación de aberturas de escape en la parte inferior de las paredes. Esto permite simular flujos de aire similares a los de una sala blanca industrial de una forma más económica y menos engorrosa. Un método que ha demostrado su eficacia es el uso de cortinas de aire que funcionan según el principio de barrera protectora. La cortina de aire se combina bien con el flujo de aire suministrado en forma de una "cáscara" estrecha de aire a mayor velocidad, especialmente organizada alrededor del perímetro del techo. La cortina de aire funciona continuamente para extraer y evita la entrada de aire ambiental contaminado al flujo laminar.

Para comprender el funcionamiento de una cortina de aire, conviene imaginar un quirófano con una campana extractora dispuesta en los cuatro lados de la habitación. El aire de impulsión proveniente de la “isla laminar” ubicada en el centro del techo solo caerá hacia abajo, expandiéndose hacia los lados de las paredes a medida que desciende. Esta solución reduce las zonas de recirculación, el tamaño de las áreas estancadas en las que se acumulan los microorganismos patógenos, y también evita la mezcla del flujo laminar con el aire ambiente, reduce su aceleración y estabiliza la velocidad, como resultado de lo cual el flujo descendente cubre (bloquea) toda el área estéril. Esto ayuda a eliminar los contaminantes biológicos del área protegida y aislarla del medio ambiente.

En la Fig. La Figura 1 muestra un diseño de cortina de aire estándar con ranuras alrededor del perímetro de la habitación. Cuando se organiza el escape a lo largo del perímetro del flujo laminar, este se estira, se expande y llena toda la zona dentro de la cortina, como resultado de lo cual se evita el efecto de "estrechamiento" y se estabiliza la velocidad requerida del flujo laminar.

De la Fig. La Figura 3 muestra los valores de la velocidad real (medida) que ocurre con una cortina de aire diseñada adecuadamente, que demuestran claramente la interacción del flujo laminar con la cortina de aire, y el flujo laminar se mueve uniformemente. La cortina de aire elimina la necesidad de instalar un voluminoso sistema de extracción en todo el perímetro de la habitación, en lugar de instalar una tradicional campana extractora en las paredes, como es habitual en los quirófanos. La cortina de aire protege el área directamente alrededor del personal quirúrgico y la mesa, evitando que las partículas contaminadas regresen a la corriente de aire primaria.

Después de diseñar una cortina de aire, surge la pregunta de qué nivel de desinfección se puede alcanzar durante su funcionamiento. Una cortina de aire mal diseñada no será más eficaz que un sistema de flujo laminar tradicional. Un error de diseño puede ser la alta velocidad del aire, ya que dicha cortina "tirará" del flujo laminar demasiado rápido, es decir, incluso antes de que llegue al piso de operaciones. Es posible que el comportamiento del flujo no se pueda controlar y que exista el riesgo de que partículas contaminadas se filtren al área de operación desde el nivel del suelo. Del mismo modo, una cortina de aire con una velocidad de succión baja no puede bloquear eficazmente el flujo laminar y puede verse arrastrada hacia él. En este caso, las condiciones del aire de la habitación serán las mismas que cuando se utiliza únicamente un dispositivo de suministro de aire laminar. Al diseñar, es importante determinar correctamente el rango de velocidad y seleccionar el sistema adecuado. Esto afecta directamente al cálculo de las características de desinfección.

A pesar de las evidentes ventajas de las cortinas de aire, no deben utilizarse a ciegas. No siempre se requiere el flujo de aire estéril creado por las cortinas de aire durante la cirugía. La necesidad de garantizar el nivel de desinfección del aire debe decidirse junto con los tecnólogos, cuyo papel en este caso deben ser los cirujanos involucrados en operaciones específicas.

Conclusión

El flujo laminar vertical puede comportarse de manera impredecible dependiendo de sus condiciones de operación. Los paneles de flujo laminar utilizados en áreas de producción limpia generalmente no pueden proporcionar el nivel requerido de desinfección en los quirófanos. Los sistemas de cortinas de aire ayudan a corregir el patrón de movimiento de los flujos laminares verticales. Las cortinas de aire son la solución óptima al problema del control bacteriológico del aire en los quirófanos, especialmente durante operaciones quirúrgicas prolongadas y pacientes con un sistema inmunológico debilitado, para quienes las infecciones transmitidas por el aire representan un riesgo particular.

El artículo fue preparado por A. P. Borisoglebskaya utilizando materiales de la revista ASHRAE.

Dependiendo del método de ventilación, la habitación suele denominarse:

a) habitaciones con ventilación turbulenta o conflujo de aire no unidireccional;

b) habitaciones con flujo de aire laminar o unidireccional.

Nota. El vocabulario profesional está dominado por los términos

"turbulento flujo de aire", "flujo de aire laminar".

Modos de conducción soy aire

Hay dos modos de conducción. aire: ¿laminar? y turbulento?. ¿Laminado? El modo se caracteriza por el movimiento ordenado de partículas de aire a lo largo de trayectorias paralelas. La mezcla en el flujo se produce como resultado de la interpenetración de moléculas. En modo turbulento, el movimiento de las partículas de aire es caótico, la mezcla se produce por la interpenetración de volúmenes individuales de aire y, por tanto, se produce mucho más intensamente que en modo laminar.

Con movimiento laminar estacionario, la velocidad del flujo de aire en un punto es constante en magnitud y dirección; durante el movimiento turbulento, su magnitud y dirección son variables en el tiempo.

La turbulencia es una consecuencia de perturbaciones externas (llevadas al flujo) o internas (generadas en el flujo).?. Turbulencia Los flujos de ventilación suelen ser de origen interno. Su causa es la formación de vórtices cuando el flujo fluye alrededor de irregularidades.?paredes y objetos.

¿El criterio de las fundaciones? régimen turbulento es el número de Rea?Asiente:

R e = uD / h

Dónde Y - velocidad media del aire en adentro;

D - hidráulicamente? diámetro de la habitación;

D= 4S/P

S - área de sección transversal instalaciones;

R - perímetro del transversal secciones de la habitación;

v- cinemático?coeficiente de viscosidad del aire.

¿Número de ñandú? Nolds, por encima del cual el movimiento turbulento del pilar?claramente, se llama crítico. Para instalaciones es igual a 1000-1500, para tubos lisos - 2300. V instalaciones el movimiento del aire suele ser turbulento; al filtrar(en salas limpias)posible como laminar?y turbulento? modo.

En los últimos diez años, tanto en el extranjero como en nuestro país, ha aumentado el número de enfermedades inflamatorias purulentas debidas a infecciones que han adquirido el nombre de “infecciones nosocomiales” (IAS), según las define la Organización Mundial de la Salud (OMS). A partir del análisis de las enfermedades provocadas por infecciones nosocomiales, podemos decir que su duración y frecuencia dependen directamente del estado del aire de las instalaciones hospitalarias. Para garantizar los parámetros microclimáticos necesarios en los quirófanos (y salas blancas industriales), se utilizan distribuidores de aire de flujo unidireccional. Como lo muestran los resultados del monitoreo ambiental y el análisis de los flujos de aire, el funcionamiento de dichos distribuidores puede proporcionar los parámetros microclimáticos requeridos, pero afecta negativamente la composición bacteriológica del aire. Para lograr el grado requerido de protección de la zona crítica, es necesario que el flujo de aire que sale del dispositivo no pierda la forma de sus límites y mantenga la rectitud de movimiento, en otras palabras, el flujo de aire no debe estrecharse ni expandirse. la zona seleccionada para protección en la que se encuentra la mesa quirúrgica.

En la estructura de un edificio hospitalario, los quirófanos requieren la mayor responsabilidad debido a la importancia del proceso quirúrgico y la provisión de las condiciones de microclima necesarias para que este proceso se lleve a cabo y complete con éxito. La principal fuente de liberación de diversas partículas bacterianas es el propio personal médico, quien genera partículas y libera microorganismos mientras se mueve por la habitación. La intensidad de la aparición de nuevas partículas en el espacio aéreo de una habitación depende de la temperatura, el grado de movilidad de las personas y la velocidad del movimiento del aire. La infección nosocomial, por regla general, se mueve por el quirófano con corrientes de aire y la probabilidad de que penetre en la cavidad vulnerable de la herida del paciente operado nunca disminuye. Como lo han demostrado las observaciones, la organización inadecuada de los sistemas de ventilación generalmente conduce a una acumulación tan rápida de infección en la habitación que su nivel puede exceder la norma permitida.

Desde hace varias décadas, expertos extranjeros intentan desarrollar soluciones de sistemas para garantizar las condiciones de aire necesarias en los quirófanos. El flujo de aire que ingresa a la habitación no solo debe mantener los parámetros del microclima, asimilar factores nocivos (calor, olor, humedad, sustancias nocivas), sino también mantener la protección de áreas seleccionadas contra la posibilidad de infección y, por lo tanto, garantizar la limpieza operativa requerida. aire de la habitación. El área en la que se realizan operaciones invasivas (penetración en el cuerpo humano) se denomina zona "crítica" u operativa. La norma define dicha zona como “zona operativa de protección sanitaria”; este concepto significa el espacio en el que se ubican la mesa de operaciones, los equipos, las mesas para instrumentos y el personal médico. Existe algo llamado “núcleo tecnológico”. Se refiere al área en la que se llevan a cabo los procesos de producción en condiciones estériles; esta área puede correlacionarse significativamente con el quirófano.

Para evitar la penetración de contaminación bacteriana en las zonas más críticas, se han generalizado los métodos de detección basados en el desplazamiento del flujo de aire. Para ello se han desarrollado distribuidores de aire de flujo laminar de distintos diseños. Posteriormente, el flujo "laminar" pasó a denominarse flujo "unidireccional". Hoy en día puede encontrar una variedad de nombres para los dispositivos de distribución de aire para salas blancas, por ejemplo, "techo laminar", "laminar", "sistema operativo de aire limpio", "techo operativo" y otros, pero esto no cambia su esencia. El distribuidor de aire está integrado en la estructura del techo sobre el área protegida de la habitación. Puede ser de diferentes tamaños, depende del flujo de aire. El área óptima de dicho techo no debe ser inferior a 9 m2, para que pueda cubrir completamente el área con mesas, personal y equipo. El flujo de aire que se desplaza en pequeñas porciones fluye lentamente de arriba a abajo, separando así el campo aséptico de la zona de exposición quirúrgica, la zona donde se transfiere el material estéril de la zona ambiental. El aire se elimina simultáneamente de las zonas inferior y superior de la habitación protegida. Los filtros HEPA (según clase H) están integrados en el techo, lo que permite que el aire fluya a través de ellos. Los filtros sólo atrapan partículas vivas sin desinfectarlas.

Recientemente, a nivel mundial, ha aumentado la atención a la cuestión de la desinfección del aire de las instalaciones hospitalarias y otras instituciones en las que hay fuentes de contaminantes bacterianos. Los documentos establecen los requisitos de que es necesario desinfectar el aire en los quirófanos con una eficiencia de desactivación de partículas del 95% o superior. Los equipos del sistema climático y los conductos de aire también están sujetos a desinfección. Las bacterias y partículas liberadas por el personal quirúrgico entran continuamente en el aire de la habitación y se acumulan allí. Para evitar que la concentración de sustancias nocivas en la habitación alcance el nivel máximo permitido, es necesario controlar constantemente el ambiente del aire. Este control es obligatorio después de la instalación del sistema climático, reparación o mantenimiento, es decir, mientras la sala blanca está en uso.

Ya se ha vuelto común que los diseñadores utilicen distribuidores de aire de flujo unidireccional ultrafinos con filtros incorporados tipo techo en los quirófanos.

Los flujos de aire de gran volumen descienden lentamente por la habitación, separando así la zona protegida del aire circundante. Sin embargo, a muchos especialistas no les preocupa que estas soluciones por sí solas no sean suficientes para mantener el nivel requerido de desinfección del aire durante las operaciones quirúrgicas.

Se han propuesto una gran cantidad de opciones de diseño para dispositivos de distribución de aire, cada una de ellas tiene su propia aplicación en un área específica. Los quirófanos especiales dentro de su clase se dividen en subclases según su finalidad y según el grado de limpieza. Por ejemplo, cirugía cardíaca, quirófanos generales, ortopédicos, etc. Cada clase tiene sus propios requisitos para garantizar la limpieza.

Los distribuidores de aire para salas blancas se utilizaron por primera vez a mediados de los años 50 del siglo pasado. Desde entonces, la distribución de aire en naves industriales se ha vuelto tradicional en los casos en los que es necesario asegurar concentraciones reducidas de microorganismos o partículas, todo ello se realiza a través de un techo perforado. El flujo de aire se mueve en una dirección a través de todo el volumen de la habitación, mientras que la velocidad permanece uniforme: aproximadamente 0,3 - 0,5 m/s. El aire se suministra a través de un grupo de filtros de aire de alta eficiencia ubicados en el techo de la sala blanca. El flujo de aire se suministra según el principio de un pistón de aire, que desciende rápidamente por toda la habitación, eliminando sustancias nocivas y contaminantes. El aire se elimina a través del suelo. Este movimiento de aire puede eliminar contaminantes en aerosol que se originan en los procesos y el personal. La organización de dicha ventilación tiene como objetivo garantizar la limpieza necesaria del aire en el quirófano. Su desventaja es que requiere un gran caudal de aire, lo que no resulta económico. Para salas blancas de clase ISO 6 (según la clasificación ISO) o clase 1000, se permite una tasa de intercambio de aire de 70 a 160 veces por hora. Posteriormente, fueron reemplazados por dispositivos de tipo modular más eficientes, de menor tamaño y bajo costo, lo que permite elegir un dispositivo de suministro de aire en función del tamaño de la zona de protección y las tasas de intercambio de aire requeridas en la habitación, dependiendo de su objetivo.

Funcionamiento de difusores de aire laminares.

Los dispositivos de flujo laminar están diseñados para su uso en salas de producción limpias para distribuir grandes volúmenes de aire. La implementación requiere techos especialmente diseñados, regulación de la presión ambiental y campanas de piso. Si se cumplen estas condiciones, los distribuidores de flujo laminar seguramente crearán el flujo unidireccional necesario con líneas de flujo paralelas. Debido a la alta tasa de intercambio de aire, se mantienen condiciones cercanas a las isotérmicas en el flujo de aire de suministro. Diseñados para la distribución de aire con amplios intercambios de aire, los techos proporcionan caudales iniciales bajos debido a su gran superficie. El control de los cambios en la presión del aire en la habitación y el resultado del funcionamiento de los dispositivos de escape garantizan el tamaño mínimo de las zonas de recirculación de aire; aquí funciona el principio de "un paso y una salida". Las partículas en suspensión caen al suelo y se eliminan, haciendo prácticamente imposible el reciclaje.

Sin embargo, en un quirófano, estos calentadores de aire funcionan de forma algo diferente. Para no exceder los niveles permitidos de pureza bacteriológica del aire en los quirófanos, según los cálculos, los valores de intercambio de aire son aproximadamente 25 veces por hora y, a veces, incluso menos. Es decir, estos valores no son comparables a los calculados para locales industriales. Para mantener un flujo de aire estable entre el quirófano y las salas adyacentes, se mantiene una presión positiva en el quirófano. El aire se elimina a través de dispositivos de extracción que se instalan simétricamente en las paredes de la zona inferior. Para distribuir volúmenes de aire más pequeños, se utilizan dispositivos de flujo laminar de un área más pequeña, se instalan directamente sobre el área crítica de la habitación como una isla en el medio de la habitación, en lugar de ocupar todo el techo.

Según las observaciones, estos distribuidores de aire laminares no siempre podrán proporcionar un flujo unidireccional. Dado que es inevitable una diferencia de 5-7 °C entre la temperatura en la corriente de aire de suministro y la temperatura del aire ambiente, el aire más frío que sale del dispositivo de suministro caerá mucho más rápido que un flujo isotérmico unidireccional. Esto es algo común en los difusores de techo instalados en espacios públicos. La opinión de que los suelos laminares proporcionan un flujo de aire estable y unidireccional en cualquier caso, independientemente de dónde y cómo se utilicen, es errónea. De hecho, en condiciones reales, la velocidad de un flujo laminar vertical de baja temperatura aumentará a medida que desciende hacia el suelo.

Con un aumento en el volumen de aire suministrado y una disminución de su temperatura en relación con el aire ambiente, aumenta la aceleración de su flujo. Como se muestra en la tabla, gracias al uso de un sistema laminar con un área de 3 m 2 y una diferencia de temperatura de 9 ° C, la velocidad del aire a una distancia de 1,8 m de la salida aumenta tres veces. A la salida del dispositivo laminar, la velocidad del aire es de 0,15 m/s, y en la zona de la mesa de operaciones, de 0,46 m/s, lo que supera el nivel permitido. Muchos estudios han demostrado durante mucho tiempo que con una mayor velocidad del flujo de entrada, su "unidireccionalidad" no se mantiene.

	Consumo de aire, m 3 / (h m 2)	Presión, Pa	Velocidad del aire a una distancia de 2 m del panel, m/s
	Consumo de aire, m 3 / (h m 2)	Presión, Pa	3 °С T	6 °С T	8 °С T	11 °С T	CAROLINA DEL NORTE
Panel único	183	2	0,10	0,13	0,15	0,18	<20
	366	8	0,18	0,20	0,23	0,28	<20
	549	18	0,25	0,31	0,36	0,41	21
	732	32	0,33	0,41	0,48	0,53	25
1,5 – 3,0 m2	183	2	0,10	0,15	0,15	0,18	<20
	366	8	0,18	0,23	0,25	0,31	22
	549	18	0,25	0,33	0,41	0,46	26
	732	32	0,36	0,46	0,53	–	30
Más de 3 m2	183	2	0,13	0,15	0,18	0,20	21
	366	8	0,20	0,25	0,31	0,33	25
	549	18	0,31	0,38	0,46	0,51	29
	732	32	0,41	0,51	–	–	33

Un análisis del control del aire en quirófanos realizado por Lewis (1993) y Salvati (1982) encontró que en algunos casos el uso de unidades de flujo laminar con altas velocidades de aire aumenta el nivel de contaminación aérea en el área de la incisión quirúrgica, lo que puede provocar su infección.

La dependencia del cambio en la velocidad del flujo de aire de la temperatura del aire de suministro y el tamaño del área del panel laminar se muestra en la tabla. Cuando el aire se mueve desde el punto de partida, las líneas de flujo correrán paralelas, luego los límites del flujo cambiarán, se estrechará hacia el piso y, por lo tanto, ya no podrá proteger el área determinada por las dimensiones de la unidad de flujo laminar. Con una velocidad de 0,46 m/s, el flujo de aire capturará el aire de la habitación que se mueve poco. Y dado que las bacterias entran continuamente en la habitación, las partículas contaminadas entrarán en el flujo de aire que sale de la unidad de suministro. Esto se ve facilitado por la recirculación del aire, que se produce debido a la presión del aire en la habitación.

Para mantener la limpieza de los quirófanos, según las normas, es necesario asegurar el desequilibrio del aire aumentando el caudal de entrada un 10% más que el de escape. El exceso de aire ingresa a las habitaciones adyacentes y sin limpiar. En los quirófanos modernos, a menudo se utilizan puertas correderas selladas, luego el exceso de aire no puede escapar y circula por toda la habitación, después de lo cual se devuelve a la unidad de suministro mediante ventiladores incorporados, luego se limpia en filtros y se vuelve a suministrar a el cuarto. El flujo de aire circulante recoge todas las sustancias contaminadas del aire de la habitación (si se acerca al flujo de suministro, puede contaminarlo). Dado que se violan los límites del flujo, es inevitable que el aire de la habitación se mezcle y, en consecuencia, la penetración de partículas nocivas en la zona estéril protegida.

El aumento de la movilidad del aire implica una exfoliación intensiva de las partículas muertas de la piel de las áreas abiertas de la piel del personal médico, después de lo cual ingresan a la incisión quirúrgica. Sin embargo, por otro lado, el desarrollo de enfermedades infecciosas durante el período de rehabilitación después de la cirugía es consecuencia del estado de hipotermia del paciente, que se agrava cuando se expone a corrientes de aire frío en movimiento. Por lo tanto, un difusor de aire de flujo laminar tradicional que funcione bien en una sala limpia puede ser tan beneficioso como perjudicial durante una operación realizada en un quirófano convencional.

Esta característica es típica de los dispositivos de flujo laminar con un área promedio de aproximadamente 3 m2, óptima para proteger el área operativa. Según los requisitos americanos, el caudal de aire a la salida de un dispositivo de flujo laminar no debe ser superior a 0,15 m/s, es decir, deben entrar en la habitación 14 l/s de aire desde un área de 0,09 m2. En este caso fluirán 466 l/s (1677,6 m 3 / h) o aproximadamente 17 veces por hora. Dado que según el valor estándar del intercambio de aire en los quirófanos debe ser 20 veces por hora, según - 25 veces por hora, 17 veces por hora corresponde plenamente a los estándares requeridos. Resulta que el valor de 20 veces por hora es adecuado para una habitación con un volumen de 64 m 3.

Según las normas vigentes, el área de cirugía general (quirófano estándar) debe ser de al menos 36 m 2. Sin embargo, se imponen requisitos más altos a los quirófanos destinados a operaciones más complejas (ortopédicas, cardiológicas, etc.), a menudo el volumen de dichos quirófanos es de aproximadamente 135 a 150 m 3. Para tales casos, se requerirá un sistema de distribución de aire con mayor área y capacidad de aire.

Si se proporciona flujo de aire para quirófanos más grandes, esto crea el problema de mantener el flujo laminar desde el nivel de salida hasta la mesa de operaciones. Se realizaron estudios de flujo de aire en varios quirófanos. En cada uno de ellos se instalaron paneles laminares, que se pueden dividir en dos grupos en función de la superficie ocupada: 1,5 - 3 m 2 y más de 3 m 2, y se construyeron instalaciones experimentales de aire acondicionado que permiten cambiar el valor de la temperatura del aire de suministro. Durante el estudio, se tomaron medidas de la velocidad del flujo de aire entrante con diversos caudales de aire y cambios de temperatura; Estas medidas se pueden ver en la tabla.

Criterios para la limpieza de los quirófanos

Para organizar adecuadamente la circulación y distribución del aire en la habitación, es necesario seleccionar un tamaño racional de los paneles de suministro, garantizar el caudal y la temperatura estándar del aire de suministro. Sin embargo, estos factores no garantizan una desinfección absoluta del aire. Desde hace más de 30 años, los científicos resuelven el problema de la desinfección de los quirófanos y proponen diversas medidas antiepidemiológicas. Hoy en día, los requisitos de los documentos reglamentarios modernos para el funcionamiento y diseño de las instalaciones hospitalarias apuntan al objetivo de la desinfección del aire, donde la principal forma de prevenir la acumulación y propagación de infecciones son los sistemas HVAC.

Por ejemplo, según la norma, el objetivo principal de sus requisitos es la desinfección y establece que “un sistema HVAC diseñado adecuadamente minimiza la propagación por el aire de virus, esporas de hongos, bacterias y otros contaminantes biológicos”, un papel importante en el control. de infecciones y otros factores dañinos que juega el sistema HVAC. Define requisitos para los sistemas de aire acondicionado interiores, que establecen que el diseño del sistema de suministro de aire debe minimizar la penetración de bacterias junto con el aire en áreas limpias y mantener el mayor nivel posible de limpieza en el resto del quirófano.

Sin embargo, los documentos reglamentarios no contienen requisitos directos que reflejen la determinación y el control de la eficacia de la desinfección de locales mediante diversos métodos de ventilación. Por tanto, a la hora de diseñar hay que realizar búsquedas, que llevan mucho tiempo y no te permiten realizar tu trabajo principal.

Se ha producido una gran cantidad de literatura regulatoria sobre el diseño de sistemas HVAC para quirófanos; describe requisitos para la desinfección del aire que son bastante difíciles de cumplir para el diseñador por diversas razones. Para ello, no basta con conocer los equipos de desinfección modernos y las reglas para trabajar con ellos, también es necesario realizar un seguimiento epidemiológico adicional oportuno del aire interior, lo que da una impresión de la calidad del funcionamiento de los sistemas HVAC; Desafortunadamente, esto no siempre se cumple. Si la evaluación de la limpieza de las instalaciones industriales se basa en la presencia de partículas (sustancias en suspensión), entonces el indicador de limpieza en las instalaciones hospitalarias limpias está representado por bacterias vivas o partículas formadoras de colonias, cuyos niveles permitidos se indican en. Para no exceder estos niveles, es necesario un monitoreo regular del aire interior para determinar los indicadores microbiológicos, lo que requiere contar los microorganismos; La metodología de recopilación y cálculo para evaluar el nivel de limpieza del aire no figura en ningún documento reglamentario. Es muy importante que se realice el recuento de microorganismos en el área de trabajo durante la operación. Pero esto requiere un diseño y una instalación listos para usar de un sistema de distribución de aire. El grado de desinfección o la eficacia del sistema no se pueden determinar antes de comenzar a trabajar en el quirófano; éste se establece únicamente durante al menos varias operaciones. Aquí surgen una serie de dificultades para los ingenieros, porque las investigaciones necesarias contradicen la observancia de la disciplina antiepidémica en las instalaciones hospitalarias.

Método de cortina de aire

Un trabajo conjunto de suministro y extracción de aire debidamente organizado garantiza las condiciones de aire necesarias en el quirófano. Para mejorar la naturaleza del flujo de aire en el quirófano, es necesario garantizar una posición relativa racional de los dispositivos de suministro y escape.

Arroz. 1. Análisis del funcionamiento de la cortina de aire.

No es posible utilizar toda el área del techo para la distribución del aire y todo el piso para la extracción. Las unidades de extracción situadas en el suelo son antihigiénicas, ya que se ensucian rápidamente y son difíciles de limpiar. Los sistemas complejos, voluminosos y costosos no se utilizan mucho en quirófanos pequeños. Por lo tanto, se considera que lo más racional es la colocación "en isla" de paneles laminares sobre el área protegida y la instalación de aberturas de escape en la parte inferior de la habitación. Esto permite organizar los flujos de aire de forma similar a las instalaciones industriales limpias. Este método es más económico y compacto. Las cortinas de aire se utilizan con éxito como barrera protectora. La cortina de aire está conectada al flujo de aire de suministro, formando una "cáscara" estrecha de aire a mayor velocidad, que se crea especialmente a lo largo del perímetro del techo. Una cortina de este tipo actúa constantemente como escape y evita que el aire ambiente contaminado entre en el flujo laminar.

Para comprender mejor cómo funciona una cortina de aire, podemos imaginar un quirófano con una campana instalada en los cuatro lados de la habitación. El flujo de aire, que proviene de la “isla laminar” situada en el centro del techo, sólo puede descender, mientras se expande hacia los lados de las paredes a medida que se acerca al suelo. Esta solución reducirá las zonas de recirculación y el tamaño de las áreas de estancamiento donde se acumulan microorganismos dañinos, evitará que el aire ambiental se mezcle con el flujo laminar, reducirá su aceleración, estabilizará la velocidad y bloqueará toda la zona estéril con el flujo descendente. Esto ayuda a aislar el área protegida del aire circundante y permite eliminar los contaminantes biológicos.

Arroz. La Figura 2 muestra un diseño de cortina de aire estándar con ranuras alrededor del perímetro de la habitación. Si organiza un escape a lo largo del perímetro del flujo laminar, se estirará, el flujo de aire se expandirá y llenará toda el área debajo de la cortina y, como resultado, se evitará el efecto de "estrechamiento" y se aumentará la velocidad requerida del El flujo laminar se estabilizará.

Arroz. 2. Diagrama de cortina de aire.

En la Fig. La Figura 3 muestra los valores reales de velocidad del aire para una cortina de aire diseñada correctamente. Muestran claramente la interacción de la cortina de aire con un flujo laminar que se mueve uniformemente. Una cortina de aire le permite evitar la instalación de un sistema de escape voluminoso a lo largo de todo el perímetro de la habitación. En su lugar, como es habitual en los quirófanos, se instala una campana tradicional en las paredes. La cortina de aire sirve para proteger el área que rodea al personal quirúrgico y la mesa, evitando que partículas contaminadas regresen al flujo de aire inicial.

Arroz. 3. Perfil de velocidad real en la sección transversal de la cortina de aire

¿Qué nivel de desinfección se puede conseguir utilizando una cortina de aire? Si está mal diseñado no proporcionará mayor efecto que un sistema laminar. Puede cometer un error a alta velocidad del aire, entonces dicha cortina puede "tirar" el flujo de aire más rápido de lo necesario y no tendrá tiempo de llegar a la mesa de operaciones. Un comportamiento incontrolado del flujo puede amenazar la penetración de partículas contaminadas desde el nivel del suelo en el área protegida. Además, una cortina con una velocidad de succión insuficiente no podrá bloquear completamente el flujo de aire y puede ser arrastrada hacia él. En este caso, el modo aéreo del quirófano será el mismo que cuando se utiliza únicamente un dispositivo laminar. Durante el diseño, se debe identificar correctamente el rango de velocidades y seleccionar el sistema apropiado. De esto depende el cálculo de las características de desinfección.

Las cortinas de aire tienen una serie de ventajas obvias, pero no deben usarse en todas partes, porque no siempre es necesario crear un flujo estéril durante la cirugía. La decisión sobre el nivel de desinfección del aire necesario se toma conjuntamente con los cirujanos implicados en estas operaciones.

Conclusión

El flujo laminar vertical no siempre se comporta de forma predecible, lo que depende de las condiciones de su uso. Los paneles de flujo laminar, que se utilizan en salas de producción limpias, a menudo no proporcionan el nivel requerido de desinfección en los quirófanos. La instalación de sistemas de cortinas de aire ayuda a controlar los patrones de movimiento de los flujos de aire laminares verticales. Las cortinas de aire ayudan a realizar el control bacteriológico del aire en los quirófanos, especialmente durante las intervenciones quirúrgicas de larga duración y la presencia constante de pacientes con sistemas inmunológicos débiles, para quienes las infecciones transmitidas por el aire representan un gran riesgo.

El artículo fue preparado por A. P. Borisoglebskaya utilizando materiales de la revista ASHRAE.

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