Informazioni
Filtro per particelle sospese

I filtri per particelle sospese servono alla depurazione meccanica dell’aria. A seconda della classe di filtrazione, vengono denominati filtri HEPA (High Efficiency Particulate Air), filtri ULPA (Ultra Low Penetration Air) o filtri SULPA (Super ULPA). Servono a filtrare dall’aria virus, polveri respirabili, uova e escrementi di acari, pollini, particelle di fumo, amianto, batteri, varie polveri tossiche e aerosol.

Negli apparecchi FASTER i filtri HEPA e ULPA sono di serie: tutte le banchi di sicurezza SafeFAST, isolatori GloveFAST, banchi di protezione dei prodotti FlowFAST e la sistema flessibile per camere bianche utilizzano filtri per particelle sospese certificati di classe H14 o superiore. Questo non è un dato di fatto sul mercato, ma una caratteristica di qualità mirata. I paragrafi seguenti spiegano come funzionano i filtri per particelle sospese, quali classi sono adatte a quali applicazioni e perché la scelta del filtro influisce direttamente sulla classe di camera bianca raggiungibile.

Che cos’è un filtro per particelle sospese e in cosa si differenzia dagli altri filtri dell’aria?

Il termine «filtro» ha molteplici significati nella vita quotidiana: dai sacchetti per aspirapolvere ai filtri dei climatizzatori. I filtri per particelle sospese costituiscono una categoria a sé stante, tecnicamente sofisticata: non funzionano come un setaccio che trattiene le particelle in base alle loro dimensioni, ma utilizzano contemporaneamente tre meccanismi fisici di separazione. In questo modo sono in grado di rimuovere particelle di dimensioni molto inferiori agli spazi tra le fibre del materiale filtrante stesso.

I filtri convenzionali grossolani e fini (classi di filtrazione da G1 a F9 secondo EN 779 / ISO 16890) sono sufficienti per gli elettrodomestici e gli impianti di ventilazione generici, ma non riescono a trattenere particelle submicroscopiche come virus, aerosol ultrafini o nanoparticelle. I filtri HEPA subentrano dove i filtri fini si fermano: dalla classe H10 con un grado di separazione totale di almeno l’85% fino alla classe H14 con il 99,995%, mentre i filtri ULPA raggiungono fino al 99,999995% nella classe U17. Queste prestazioni li rendono insostituibili per applicazioni di protezione in ambito medico, farmaceutico e scientifico.

Come funzionano i filtri HEPA?

Il materiale filtrante di un filtro HEPA è costituito da un intreccio fitto e disordinato di fibre di cellulosa, fibra di vetro o fibre sintetiche con un diametro compreso tra circa 1 e 10 micrometri. Le fibre non sono allineate in modo uniforme: è proprio questa disordine a determinare l’efficacia del filtraggio. A seconda delle dimensioni delle particelle, entrano in gioco diversi meccanismi:

Effetto di inerzia – per particelle di grandi dimensioni a partire da circa 1 µm

Le particelle di grandi dimensioni presentano una maggiore inerzia a causa della loro massa. Quando il flusso d’aria viene deviato attorno a una fibra del filtro, le particelle di grandi dimensioni non riescono a seguire questa curva: urtano direttamente contro la fibra e vi aderiscono per effetto delle forze di adesione. Questo meccanismo diventa tanto più efficace quanto maggiore è la velocità del flusso e quanto più grandi sono le particelle.

Effetto di barriera – per particelle medie di circa 0,1–1 µm

Le particelle più piccole, con massa inferiore, seguono il flusso d’aria avvolgendo strettamente le fibre. Se si avvicinano a una fibra a una distanza inferiore a metà del loro diametro, entrano in gioco le forze di adesione di Van der Waals e le particelle aderiscono alla fibra. L’effetto di barriera dipende fortemente dalla densità delle fibre del filtro: quanto più fitto è l’intreccio delle fibre, tanto più spesso le particelle entrano in contatto con le fibre.

Effetto di diffusione – per particelle ultrafini inferiori a 0,1 µm

Le particelle più piccole di 0,1 micrometri sono influenzate in modo così marcato dagli urti con le molecole d’aria da non seguire più una traiettoria rettilinea. Il loro movimento assomiglia al moto browniano: casuale e non direzionale. Questa traiettoria caotica aumenta notevolmente la probabilità che le particelle entrino in contatto con le fibre del filtro e vi rimangano attaccate. Più lento è il flusso d’aria, più efficace è questo effetto.

L’interazione di questi tre meccanismi spiega il caratteristico minimo del grado di separazione per le particelle comprese tra 0,1 e 0,3 micrometri – il cosiddetto MPPS (Most Penetrating Particle Size). Proprio a questa dimensione né l’effetto di inerzia né quello di diffusione sono pienamente efficaci, e anche l’effetto di barriera da solo risulta limitato. La norma EN 1822 classifica quindi volutamente i filtri per particelle sospese in base a questo MPPS: chi riesce a gestire questo punto più difficile, filtra ancora meglio tutte le altre dimensioni delle particelle.

Classi di filtri HEPA da H10 a H14 – Gradi di separazione e classi di camere bianche

La norma europea EN 1822-1 classifica i filtri per particelle sospese in 17 classi, suddivise in filtri EPA (E10–E12), HEPA (H13–H14) e ULPA (U15–U17). Nell’area di lingua tedesca, il termine «HEPA» viene spesso utilizzato in modo informale anche per le classi da H10 a H12, sebbene queste, secondo la norma EN 1822, siano tecnicamente considerate filtri EPA. Per i banchi di sicurezza e le camere bianche GMP sono rilevanti esclusivamente i filtri HEPA H13 o H14: le classi inferiori non soddisfano i requisiti normativi per queste applicazioni. La tabella mostra tutte le classi con i gradi di separazione, la classe di camera bianca associata e l’applicazione tipica:

Classi di filtri ULPA da U15 a U17 – per i requisiti più elevati delle camere bianche

I filtri ULPA (Ultra Low Penetration Air) superano i limiti prestazionali dei filtri HEPA H14 e sono progettati per applicazioni in cui anche una penetrazione delle particelle dello 0,005% sarebbe inaccettabile. Vengono utilizzati principalmente nella produzione di semiconduttori, nella nanotecnologia, nell’ottica di precisione e nella tecnologia aerospaziale – ovvero ovunque siano richieste classi ISO da 1 a 4 e le particelle nell’ordine dei nanometri possano danneggiare in modo irreversibile le strutture dei chip, i rivestimenti ottici o i sensori.

Struttura e costruzione dei filtri per particelle sospese

Il mezzo filtrante di un filtro HEPA o ULPA è costituito da sottili strati di fibre – solitamente fibre di vetro borosilicato, fibre polimeriche sintetiche o miscele di cellulosa – piegati a formare un blocco compatto. La piegatura ondulata aumenta notevolmente la superficie filtrante effettiva senza incrementare il volume di installazione. Il blocco filtrante è racchiuso in un telaio in lamiera di alluminio, acciaio inossidabile o compensato; la tenuta tra il mezzo filtrante e il telaio è determinante per il grado di separazione complessivo.

Un aspetto critico nei filtri ad alte prestazioni è la tenuta dell’installazione: anche un mezzo filtrante HEPA H14 con un grado di separazione del 99,995 % è inutile se l’aria passa non filtrata lungo le superfici di tenuta. Per questo motivo la norma EN 12469 prescrive per le cappe di sicurezza biologiche una prova MSI (Micro-organism Safety Index), in cui viene testato il filtro installato nell’apparecchio – non solo il filtro come singolo componente. Le apparecchiature FASTER vengono testate in fabbrica secondo la norma EN 12469 (MSI) e fornite con certificato di collaudo.

Per garantire la sostituzione sicura del filtro vengono utilizzati speciali sistemi di sostituzione «bag-in/bag-out» (BIBO): questi consentono di sostituire i filtri contaminati senza che il personale operante entri in contatto con il materiale filtrante. Il filtro usato viene sigillato direttamente nel sacchetto di sostituzione prima di essere rimosso. I banchi di sicurezza e gli isolatori FASTER supportano questa procedura.

Tipi di filtri in ambito di laboratorio – Confronto tra HEPA, ULPA e carbone attivo

HEPA H14 nelle cappe di sicurezza

Le cappe di sicurezza biologiche di classe II (come la linea SafeFAST di FASTER) utilizzano esclusivamente filtri HEPA H14, sia nel percorso dell'aria in entrata che in quello dell'aria in uscita. Il filtro dell’aria di mandata genera il flusso laminare protettivo sopra l’area di lavoro (condizioni ISO 5), mentre il filtro dell’aria di scarico protegge l’ambiente circostante dagli aerosol provenienti dall’area di lavoro. La norma EN 12469 prescrive per le cabine di sicurezza di classe II l’uso di filtri HEPA H14 con certificazione MSI. Le cabine di sicurezza di classe III (cabine a tenuta di gas) e le applicazioni BSL-3/4 possono richiedere doppi filtri H14 o filtri ULPA U15.

HEPA H14 negli isolatori

Gli isolatori GloveFAST di FASTER sono dotati di filtri HEPA H14 nei percorsi dell’aria in entrata e in uscita. Il funzionamento a circuito chiuso dell’isolatore implica che l’ambiente interno sia costantemente separato dall’ambiente circostante: in questo contesto, le prestazioni dei filtri costituiscono un ulteriore livello di sicurezza. Per gli isolatori Steriletest e gli isolatori Cyto-Pharma con manipolazione di HPAPI, la tenuta dei filtri e i regolari test di integrità fanno parte della documentazione di qualificazione IQ/OQ.

Filtri a carbone attivo nelle cappe da laboratorio

Un altro tipo di filtro – il filtro a carbone attivo – viene impiegato laddove non è necessario rimuovere particelle dall’aria del laboratorio, ma gas e vapori chimici. Nelle cappe da laboratorio ChemFAST di FASTER è possibile installare opzionalmente un filtro a carbone attivo in aggiunta al sistema di scarico dell’aria, al fine di trattenere i composti organici volatili (COV), i vapori acidi o i vapori di solventi durante il funzionamento in ricircolo (aria riciclata). I filtri a carbone attivo non hanno alcuna funzione di separazione delle particelle: integrano il filtro HEPA, ma non lo sostituiscono. Importante: in presenza di sostanze CMR secondo la norma TRGS 906 è obbligatorio lo scarico all’esterno; in questo caso i filtri a carbone attivo da soli non sono sufficienti.

Filtri HEPA nella camera bianca flessibile e nella cabina di pesatura

La camera bianca flessibile e la cabina di pesatura di FASTER sono dotate di filtri HEPA H14 e creano così condizioni simili alla norma ISO 5 nell’area di lavoro. Nella cabina di pesatura, l’aria filtrata con filtro H14 scorre in modo laminare verso il basso sopra l’area di pesatura: particelle e nuvole di polvere vengono immediatamente convogliate verso il basso, fuori dalla zona di respirazione.

Quando è necessario sostituire i filtri – e come?

I filtri HEPA e ULPA non hanno una durata prestabilita in ore di funzionamento, ma vengono sostituiti in base alla perdita di carico. Con l'aumentare del carico del filtro, aumenta la resistenza al flusso (pressione differenziale): non appena questa supera un valore limite specifico per l'apparecchio, è necessario procedere alla sostituzione. I banchi di sicurezza FASTER monitorano continuamente la pressione del filtro e segnalano la necessità di sostituzione con un segnale ottico o acustico. Negli ambienti GMP, la sostituzione del filtro è un’operazione di manutenzione documentata con obbligo di registrazione.

La durata tipica dei filtri varia, a seconda delle condizioni di utilizzo (carico di particelle, ore di funzionamento, qualità dell’aria ambiente), da uno a cinque anni. Nelle camere bianche con basso apporto di particelle, i filtri possono rimanere in funzione per molti anni: il monitoraggio della perdita di carico indica in modo affidabile lo stato effettivo. Una sostituzione anticipata in base al calendario, senza misurazione della perdita di carico, non è di norma necessaria e comporta costi superflui.

Per lo smaltimento dei filtri contaminati – dopo aver lavorato con agenti patogeni, citostatici o sostanze radioattive – si applicano norme specifiche. I filtri contaminati rientrano nella categoria dei rifiuti speciali e devono essere imballati, etichettati e smaltiti di conseguenza. La procedura «bag-in/bag-out», supportata dalle apparecchiature FASTER, semplifica l’imballaggio iniziale in sicurezza del filtro contaminato senza contatto diretto da parte dell’operatore.