Tecnologías para el control de presión en entornos críticos hospitalarios

Los entornos críticos en el ámbito hospitalario deben mantener un aire de alta calidad higiénica libre de contaminantes microbiológicos (hongos, bacterias y virus en suspensión) con el fin de minimizar las infecciones nosocomiales, sea de forma directa al paciente o indirecta por la contaminación vía aérea del material o instrumental médico en contacto con el paciente.

En las salas limpias que incluyen campanas de seguridad química o biológica o entornos de aislamiento primario, la ventilación se considera un elemento de control secundario, pero en entornos hospitalarios algunas salas como los quirófanos, habitaciones de inmunodeprimidos o infecciosos, emplean la ventilación como sistema de aislamiento único, por tanto, es muy importante asegurar un correcto diseño y control de los sistemas.

• Presurización Negativa, para aislamiento de infecciosos y usos peligrosos o manejo de tóxicos (usos contaminantes). El caudal de extracción debe ser mayor que el caudal de impulsión.
• Presurización Positiva, para aislamiento protector de pacientes inmunodeprimidos o usos limpios. El caudal de impulsión debe ser mayor que el caudal de extracción.

Se trata de asegurar que todo el aire que entra en la sala sea aire de calidad controlada, y para ello se hace pasar a través de unos filtros de alta eficacia (por ejemplo, HEPA 13). El principal problema en este tipo de salas suele ser la entrada de contaminación a través de puertas, ventanas, guillotinas de paso de materiales, etc. La forma de evitar esa entrada de aire no controlado es asegurando que el sentido de flujo de aire sea siempre hacia el exterior, es decir, de las zonas limpias a las sucias.

Para conseguir ese efecto es preciso asegurar un caudal de aire de entrada en la sala superior al de extracción, de modo que con la apertura de cualquier comunicación con el exterior de la sala controlada el aire siempre salga y no entre aire exterior potencialmente contaminado.

En el caso de aislamiento negativo, típico de habitaciones de infecciosos o manejo de citostáticos, el objetivo sería justamente lo contrario, asegurar que el caudal de extracción supera al caudal de aire de impulsión para evitar la salida de aire contaminado desde la sala hacia el exterior.

En ambos casos es preciso tener en consideración la estanqueidad de la sala, una sala con alto nivel de estanqueidad y puertas cerradas se puede mantener en sobrepresión con un diferencial de caudal relativamente bajo, lo cual supone un ahorro energético y un grado extra de seguridad.

Un concepto muy importante en este sentido es el denominado área de fuga de aire, que representa la superficie libre por la cual puede salir el aire de la sala. Nos referimos a aberturas relacionadas con las instalaciones (pasos de tuberías, conductos eléctricos, conductos de ventilación, etc.) y las aberturas alrededor de las puertas, trampillas o ventanas. Debe existir una cierta apertura, el aire debe poder salir, y eso no representa un problema siempre y cuando se mantenga dentro de unos niveles razonables.

Otro aspecto es del modo de uso. La apertura de puertas en fase operativa es el principal problema que afecta al mantenimiento de la condición de sala presurizada. La apertura de puertas hace que se pierda la sobrepresión de forma muy rápida -según diversos estudios en menos de 0,25 s-, más rápido que el ciclo de apertura/cierre de puerta estandar, que puede ser entre 6 y 10 s y también más rápido que la capacidad de respuesta de los dispositivos de control. El diferencial de caudal permite que con la apertura de puertas el aire salga o entre pero, con puertas abiertas, no se puede mantener la sobrepresión.

La relación entre la presión diferencial de la habitación, el área de fuga y el caudal de aire diferencial se expresa mediante la ecuación:

Q=3.024×A ×√dP

Donde:

Q es el caudal de aire diferencial en metro cúbicos/hora.

A es el área total de fuga de la habitación en metros cuadrados.

dP es la presión diferencial en Pascales.

La principal dificultad para aplicar esta fórmula es conocer el área de fuga a priori, por eso, es preciso partir de un valor aproximado que se validará con los ajustes finales de puesta en marcha.

A modo de ejemplo, una sala pequeña para dos personas con dos puertas y con una construcción normal tendría un área de fuga de aproximadamente 0,05 m². Por otro lado, según el tipo de uso tendremos definida la diferencia de presión requerida (norma UNE 171340) por ejemplo para dP=10 Pa, el caudal diferencial resultaría ser 478 m³/h. pero, esa misma sala con la puerta abierta, tendría un área de fuga de 1,8 m²; para mantener la presión diferencial, el caudal requerido sería de 17.212 m³/h, es decir, no resulta viable. Tengamos en cuenta que una habitación de cuidados especiales de este tipo de 25 m², por ejemplo, según UNE 100713 requiere una ventilación de solo 750 m³/h; para mantener el diferencial de presión según la teoría, deberían extraerse 272 m³/h. No obstante, como se ha indicado anteriormente, estos cálculos requieren siempre validación de campo por la incertidumbre respecto al área de fuga real.

El gráfico 1 muestra la relación entre las tres variables. Cuando el área de fuga es elevada se dispara el caudal de aire:

Gráfico 1. Fuente ASHRAE.

Los métodos más comunes de control son los siguientes:

• Control del diferencial de presión (DP).
• Control del caudal de aire (DC).
• Control híbrido (control simultáneo de caudal y presión DP+DC).

Control del diferencial de presión (DP). El control se realiza midiendo el diferencial de presión entre la sala y el exterior y el sistema ajusta el caudal de aire de impulsión para mantener el diferencial de presión requerido.

El problema con este tipo de control es que cuando se producen perturbaciones rápidas, como una apertura de puerta o simplemente cambios en el modo de funcionamiento de una campana de seguridad, el sistema se puede desestabilizar fácilmente. Para minimizar ese efecto se puede disponer de un interruptor de parada o ajuste del sistema de control cuando se abren las puertas de entrada/salida, lo cual puede acarrear una merma en la calidad del control general. Son sistemas relativamente sencillos (bajo coste y baja complejidad) pero no son suficientemente sensibles y fiables.

Control del caudal de aire (DC). Este método mide en continuo los caudales de aire de extracción y de impulsión para asegurar un diferencial de caudal que a su vez da lugar al diferencial de presión requerido. Es el método más directo de control. En el caso de instalaciones de aislamiento positivo, el control se hace principalmente variando el caudal de impulsión y en el caso de aislamiento negativo el caudal de control sería el de extracción.

Este método corrige de forma automática las perturbaciones anómalas, como los efectos de chimenea, la infiltración y/o las influencias de otros sistemas. Es importante dimensionar correctamente la instalación teniendo en cuenta la precisión del sistema de medición empleado y su incertidumbre asociada para evitar quedar por debajo del diferencial de caudal requerido en todo momento.

A mayor precisión del sistema mayor ahorro de energía al evitar la sobre ventilación.

Control hibrido (control de caudal y presión DP+DC). Este método mide tanto el diferencial de presión entre la sala y el exterior como el caudal de aire de impulsión y extracción en la sala, y ajusta los caudales relativos para mantener el nivel diferencial de presión requerida.

Presurización de varias salas. La presurización simultánea de espacios compuestos por varias salas plantea retos adicionales. El aire que fuga de un espacio se infiltra hacia el adyacente descompensando el sistema.

En este sentido es importante elaborar un mapa de caudales y presiones del conjunto completo de salas, que indique al menos los siguientes elementos:

• Caudales de impulsión y extracción de cada sala.
• Presión diferencial entre salas (indicando tolerancia aceptable).
• Sentido de flujo de aire entre salas.

Todos los métodos de control de presión y/o caudal referidos (DP, DF y DF+DP) requieren ajustes finales de campo del diferencial de caudales de impulsión y extracción para lograr los valores de presurización diferencial especificados durante el diseño. Lo ideal es controlar las presiones de todos los espacios juntos como un sistema, en lugar de hacerlo de forma independiente.

En la práctica, el sistema de control tipo funcionaría (figura 2) tratando de mantener el diferencial de caudal necesario para mantener la sobrepresión requerida. En el caso de que la sala incorpore campanas de extracción es preciso medir e incluir en el control el caudal de extracción de dichas unidades para no descompensar el sistema.

La medición de presión es necesaria para mostrar en tiempo real el estado de la sala a los usuarios a través de un display en la puerta y como elemento de control secundario, es decir, en caso de que el diferencial de caudales no consiguiera mantener la sobrepresión, podría corregirse modificando los caudales según se precise, pero en realidad si eso ocurre normalmente se debería a alguna anomalía (puerta atascada, guillotina levantada, etc.)

En condiciones normales, con las puertas cerradas, el diferencial de caudal debe dar la diferencia de presión requerida, y en caso de apertura de puertas la presión caería pero se conseguirá mantener el flujo de aire en el sentido requerido ya que el diferencial de caudales se mantendría.

Figura 2.

Las zonas de ambiente controlado se deben chequear periódicamente para asegurar que se mantienen bajo control. El Reglamento de Instalaciones de los Edificios (RITE) especifica que entre las operaciones de mantenimiento de las instalaciones de climatización se ha de incluir la revisión de la calidad del aire interior en base a normas UNE (UNE 171340 para el caso de hospitales). Esta revisión incluye la medición de la presión diferencial mediante micro manómetro y la comprobación del sentido de flujo del aire mediante humo trazador. Esta operación se ha de hacer mediante una entidad independiente, al menos, con periodicidad anual o cuando se producen cambios en la instalación.

La monitorización en continuo no está especificada en la normativa estatal pero a nivel local cada vez más guías establecen este tipo de requisitos:

Por ejemplo, la Orden 1714/2020, de 15 de diciembre, de la Consejería de Sanidad de Madrid indica lo siguiente: “Sistema de Climatización: Las zonas del bloque quirúrgico incorporarán distintos niveles de aire filtrado. Se garantizará la sobrepresión del quirófano con respecto a los locales adyacentes y cada quirófano dispondrá de un equipo de tratamiento de aire independiente. Se cumplirá con lo establecido en el Real Decreto 1027/ 2007, de 20 de julio, por el que se aprueba el reglamento de instalaciones térmicas en los edificios, y disposiciones de desarrollo.”

El documento del SACYL (Sanidad Castilla y León) Directriz para la climatización y ventilación de bloques quirúrgicos. Proyecto CLIVEGESA indica:

“4.2 Monitorizado de la presión. La diferencia de presión entre quirófano y todas sus salas anexas debe estar monitorizada. Todos los medidores de presión del bloque quirúrgico tomarán como presión de referencia nula la existente en el pasillo exterior que da acceso al del bloque quirúrgico. Se dotará al quirófano de una señal de alarma luminosa retardada. Esta señal se activará cuando con alguno de los locales anexos, disminuyan los niveles de sobrepresión con respecto a los establecidos en la recepción, un 25% durante más de 30 segundos”.

El documento 'Recomendaciones para la minimización de los riesgos microbiológicos asociados a las infraestructuras hospitalarias de Osakidetza' también incluye la monitorización, no solo de presión sino de otros como la ventilación, como uno de los aspectos a controlar en continuo.

“A.14 Sistemas de control. Se recomienda que los quirófanos dispongan de un sistema de control que garantice las condiciones ambientales de presurización, temperatura y humedad así como un número mínimo de renovaciones aire/hora. Se recomienda disponer de un sistema de monitorización visual accesible para controlar que los parámetros sean adecuados.”

Por último, el documento de la Consejería de Sanidad de la Generalitat Catalana, 'Guia de bones pràctiques per a la seguretat i la sostenibilitat del bloc quirúrgic', recomienda:

“Controles ambientales permanentes (traducción del catalán). Se recomienda que cada quirófano disponga de control de temperatura, humedad y sobrepresión. Estos parámetros se pueden monitorizar en el panel quirúrgico, de forma que siempre sea visible por el personal que esté trabajando en él. Paralelamente, estos parámetros también se pueden monitorizar, si se dispone, en el centro de gestión de instalaciones. Si es el caso, facilita la programación de consignas, los horarios de funcionamiento del quirófano y la gestión de posibles alarmas en caso de que se sobrepase el margen de las consignas de funcionamiento.”

Para asegurar un verdadero control de las salas de aislamiento, sea positivo o negativo, lo más efectivo es el control directo de los caudales de impulsión y extracción.

En una sala, el área de fuga, con puertas cerradas, es constante y el diferencial de presión, que solo depende del tipo de uso, también. Por tanto, de acuerdo con la ecuación 1, el factor que debemos controlar es el caudal diferencial, caudal de impulsión menos extracción (o a la inversa en el caso de aislamiento negativo) y la forma más directa es medir los caudales de aire de impulsión y extracción.

La medición de la presión diferencial es necesaria pero sería un valor adicional. El control realmente puede trabajar con la lectura de caudales y la medición de la presión sería complementaria para confirmar que el diferencial de caudales funciona correctamente e indicar a los usuarios el estado de la sala.

El factor más importante para el correcto funcionamiento de este tipo de instalaciones tan críticas es la calidad de los elementos de medición y control de los sistemas.

Los transductores de presión (DPT) estándar son adecuados para entornos no críticos con aire a alta velocidad, grandes caudales o presiones elevadas como las que se dan dentro de un conducto o en el oído del ventilador, pero no son suficientemente precisas aplicaciones de baja presión como son este tipo de salas. Por otro lado, las membranas de medición comunes suelen deformarse con el uso dando lugar a pérdidas de calibración y la consiguiente deriva en la lectura. Es recomendable en este sentido usar sensores DPT diseñados para baja presión, de precisión y con membrana de silicona grado industrial no deformable.

Unidad de control de caudal mediante Válvula Venturi.

En cuanto a la medición de caudales de aire, es recomendable el uso de válvulas de tipo Venturi, en lugar de unidades basadas en tubo Pitot. Estos últimos tienen mayor pérdida de carga, requieren tramos rectos de 5 veces el diámetro de la tubería aguas arriba y abajo del punto de medición para evitar que las turbulencias falseen las lecturas; por otra parte, los orificios de los tubos Pitot son muy sensibles a la suciedad pudiendo atascarse fácilmente, afectando a los resultados. Especialmente el aire de extracción de muchas áreas criticas hospitalarias arrastra fibras de los textiles (batas, ropa de cama) presentes en las zonas ocupadas.

• Baja pérdida de carga.
• Alta fiabilidad y precisión en las lecturas para evitar sobredimensionar (con el consiguiente sobrecoste energético).
• Bajo mantenimiento (mínimos requisitos de limpieza y calibración), ya que son unidades poco accesibles.
• Estabilidad de las lecturas en el tiempo.Independiente de la unidireccionalidad del flujo (no requiere flujo laminar).