Contribuições do AVAC-R para tempos de pandemia

Entendo que a sociedade brasileira procura por respostas sobre qualidade do ar de ambientes internos, principalmente os de uso coletivo. A engenharia de AVAC-R tem a oportunidade de apresentar os benefícios que os sistemas de ar-condicionado e ventilação proporcionam quando trabalhamos em conformidade com normas técnicas.

Sistemas de ar-condicionado central asseguram a renovação de ar dos ambientes em prol da saúde e bem-estar da população. No entanto, em tempos de pandemia da COVID-19 os engenheiros de ar-condicionado podem utilizar o seu conhecimento para aumentar ainda mais a renovação de ar dos ambientes e assim reduzir o risco de contaminação. Normalmente os sistemas de ar-condicionado central são versáteis e podem ser utilizados em modo de ventilação.

A RENABRAVA 09 provoca a engenharia de AVAC-R a ir além do projeto “como construído”, em conjunto com os clientes e outros especialistas, em trabalho cooperativo para a redução de riscos de contaminação em ambientes internos.

Sistemas de filtragem

Os sistemas de filtragem fazem parte dos sistemas de AVAC-R. Quanto mais crítico for o requisito do ambiente, tanto maior será a eficiência global de filtragem requerida. A associação em série de filtros de ar é a técnica de engenharia mais aplicada. A definição da classe de filtragem que deve ser utilizada decorre de estudos de engenharia que ponderam riscos ao processo e aos trabalhadores e custos de manutenção e operação dos sistemas de AVAC-R.

Certos Estabelecimentos Assistenciais de Saúde (EAS), áreas de produção de medicamentos ou vacinas e, também, algumas áreas de produção industrial, requerem alta eficiência da barreira final de filtragem. Nestas instalações, a utilização de filtros HEPA (High-efficiency particle air filter), associada a processos de certificação periódica, asseguram que o ar que passa pela barreira de filtragem não tenha concentração de micro-organismos que seja suficiente para representar risco de contaminação cruzada. Os micro-organismos não retornam para os ambientes quando a instalação tem este tipo de barreira de filtragem, desde que os responsáveis pela instalação mantenham os processos de manutenção e certificação em ordem. A certificação periódica feita por empresas independentes da estrutura de manutenção e operação é recomendável.

Diagrama esquemático da secção transversal de uma cabine de aeronave com a indicação das linhas de fluxo de ar (ACRP – Report 91 – Infectious Disease Mitigation in Airports and on Aircraft)

A NBR ISO 14644-3 – Salas limpas e ambientes controlados associados – Parte 3: Métodos de ensaio é um documento de referência para os processos de certificação periódica. No entanto, cabe alertar que um sistema de filtragem corretamente projetado, instalado e certificado não levará aos resultados esperados se as vazões e sentidos de fluxo de ar nos ambientes não forem adequados. Também os sistemas de automação devem ser compatíveis com os requisitos do usuário e a qualificação do time de manutenção/operação é vital para assegurar o desempenho previsto no projeto. O estado validado destas instalações deve ser assegurado a qualquer tempo. A exposição dos trabalhadores e ocupantes dos ambientes a riscos de contaminação depende destas especificações do projeto.

Não podemos esquecer que a proteção do meio ambiente também é dependente de sistemas de filtragem em EAS e indústria, onde houver processos que emanam contaminantes perigosos para a atmosfera.

No caso de edificações de uso público ou privado para atividades de escritório, escolas, supermercados, aeroportos, portos e comércio em geral, os sistemas de filtragem que atualmente são utilizados em boa parte das instalações de AVAC-R não são suficientes para assegurar a segregação do SARS-CoV-2. Em escolas, além de aspectos relacionados a riscos de contaminação, a renovação de ar deficiente pode interferir no desempenho cognitivo dos estudantes.

Sistemas centrais de ar-condicionado podem ser projetados ou adaptados para operar com sistemas de filtragem mais eficientes, sem aumento da perda de carga do sistema ou redução de sua vida útil. Algumas classes de filtros médios e finos têm eficiência significativa para partículas em suspensão no ar e contribuem para reter parcialmente partículas viáveis. Decorre daí que mesmo em sistemas comerciais é necessário estabelecer protocolos de manutenção que levem em conta o risco de contaminação dos trabalhadores e também o risco de contaminação cruzada quando ocorre a substituição dos filtros.

As aeronaves comerciais de maior porte possuem sistema de filtragem HEPA no ar de recirculação. Trabalham com 20 a 30 renovações de ar por hora e geralmente com 50% de ar de recirculação. Também neste caso a filtragem de ar tem função importante, em função da alta densidade de ocupação. A título de comparação, projetos de alguns tipos de edifícios corporativos e agências bancárias trabalham com algo em torno de 2 renovações por hora. Auditórios podem chegar a 10 renovações de ar por hora. Edifícios corporativos, agências bancárias e auditórios não possuem sistemas de filtragem HEPA em seus sistemas de AVAC-R. Estes dados indicam que as aeronaves possuem cuidados diferenciados para assegurar a qualidade do ar interior.

Renabrava 09: recomendações para o momento excepcional

Os sistemas centrais de ventilação e ar-condicionado em que estão embarcados os sistemas de filtragem podem reduzir drasticamente o risco de contaminação por via aérea, se forem bem projetados, instalados, comissionados e mantidos. No entanto, não basta ter sistemas de filtragem, qualquer que seja a sua classe.

A Recomendação Normativa 09 da ABRAVA (RENABRAVA 09) – Renovação de ar em sistemas de AVAC-R para reduzir o risco de contaminação de pessoas com o vírus SARS-CoV-2 – define ações que podem ser implementadas em instalações existentes que tenham sistemas mecânicos de ar-condicionado ou ventilação. Trata-se de um documento que só tem validade durante o período de vigência da pandemia da COVID-19 e não se aplica a hospitais, salas limpas e processos industriais que coloquem em risco a qualidade de produtos ou processos ao se alterar os requisitos de projeto. O item 2 da RN-09 apresenta as demais limitações de escopo.

Em instalações comerciais, escolas, supermercados e ambientes de uso público em geral é certo afirmar que os sistemas de filtragem têm papel relevante para reduzir riscos de contaminação. Da mesma forma é legítimo o interesse de mantermos condições de conforto térmico nos ambientes. No entanto, neste momento de pandemia temos de manter o foco em definir ações para frear a velocidade de disseminação do vírus e retornar às atividades econômicas e sociais.

Um exemplo de ação que poderia ser tomada em um sistema de ar-condicionado central: Abrir portas e janelas dos ambientes e ativar o sistema de ar-condicionado para operar em modo de ventilação, com 100% de ar exterior, mesmo que a instalação tenha somente filtros classe G4. Esta alteração do modo original de operação da instalação deve ser cuidadosamente estudada por uma equipe multidisciplinar que deve ter um profissional habilitado em AVAC-R. Apesar da instalação dispor apenas de barreira de filtragem com filtros classe G4 (ABNT NBR 16101), haverá diluição e exfiltração dos contaminantes que eventualmente estejam sendo emanados no ambiente, reduzindo o risco de contaminação.

Falhas na barreira de filtragem com filtros grossos

A hipótese de que o aumento da vazão de ar exterior fará com que o uso de energia do sistema de AVAC-R aumente pode não ser verdadeira. O engenheiro de ar-condicionado deve trabalhar para reduzir o impacto do aumento da taxa de ar exterior. Em alguns casos, será possível reduzir o consumo de energia. Neste momento estamos entrando em um período do ano mais seco e com temperaturas mais baixas, o que potencializa o aumento da renovação do ar em boa parte do território brasileiro.

Em 14/04/2020 a ASHRAE emitiu um documento denominado ASHRAE Position Document on Infectious Aerosols e a REHVA (Federation of European Heating, Ventilation and Air Conditioning Associations) emitiu o REHVA COVID-19 guidance document em 3/4/2020. Estes documentos também indicam que o aumento da renovação de ar dos ambientes é ação a favor da redução de riscos de contaminação.

Contaminação cruzada

Do ponto de vista de segregação via sistemas de tratamento de ar temos várias normas técnicas e manuais de engenharia que orientam os engenheiros de projeto na definição de tomadas de ar exterior e, também, de descarte de efluentes na atmosfera. A criação de antecâmaras ativas em algumas áreas hospitalares está entre as muitas outras ações para a redução do risco de disseminação de contaminantes. O ASHRAE Handbook – HVAC Applications – Capítulo 19 apresenta os vários tipos de antecâmaras e seus propósitos.

Via de regra as casas de máquinas são áreas de risco ou fontes potenciais de contaminação cruzada. A utilização de unidades de tratamento de ar dedicadas para ar exterior é uma técnica de engenharia recomendada para reduzir riscos de contaminação. Estas práticas de engenharia também permitem reduzir o uso de energia e melhorar o controle de umidade.

Sempre que possível, deve-se segregar a emanação do contaminante tão próximo de sua fonte quanto for possível. Pode ser muito complicado e custoso capturar o contaminante após a sua dispersão no ambiente. Uma das preocupações dos hospitais neste momento de pandemia é a contaminação das equipes médicas e de atendimento em geral, em função da emanação do vírus que tem origem nos pacientes internados ou em trânsito dentro dos ambientes de recepção e enfermaria. Neste momento temos vários esforços de engenheiros e técnicos trabalhando para a fabricação de dispositivos de isolamento através de tendas fabricadas com material leve e transparente, mas que mantenham a zona de respiração do paciente em pressão negativa em relação ao ambiente do ambulatório ou CTI. O retorno do ar que mantém a tenda em pressão negativa tem filtragem HEPA, o que também melhora a qualidade do ar onde ficam as equipes médicas.

Atenção na troca e descarte de filtros em ambientes hospitalares

É necessário que profissionais da área médica trabalhem em conjunto com engenheiros de ar-condicionado e de segurança ou análise de risco. Cada instalação deve ser avaliada por estes profissionais que devem escrever procedimentos operacionais detalhados. Deve-se investir em treinamento dos técnicos e operadores para a operação segura e para evitar problemas de contaminação cruzada.

Esta não é uma tarefa simples. As unidades de tratamento de ar devem ser desligadas enquanto é feita a substituição dos filtros. Isto significa que haverá interrupção da proteção dos ambientes condicionados, quando o hospital não previu a existência de equipamentos reserva para viabilizar os trabalhos de manutenção.

Outros recursos como caixas de filtragem do tipo bag-in bag-out permitem que as ações de manutenção sejam viáveis, rápidas e seguras. Toda a instalação deve ser projetada levando em conta que precisará ser certificada e mantida.

Deve-se avaliar o dimensionamento dos equipamentos com relação a área filtrante para que as intervenções de manutenção ocorram com a menor frequência possível. Isto só é possível com o trabalho do engenheiro projetista de ar-condicionado em parceria com os fabricantes de filtros e com a participação do usuário.

Eventualmente os filtros têm de ser descontaminados antes de sua substituição. Durante a troca os filtros saturados devem ser ensacados e eventualmente destinados para incineração. Este é um tema complexo que também requer a elaboração de procedimentos operacionais escritos por profissionais da área médica, análise de risco e engenheiros de ar-condicionado. Não podemos esquecer que a barreira de filtragem não é composta somente pelo filtro.

Eficiência dos filtros HEPA

Os ensaios para certificar a eficiência de filtros HEPA são feitos pelos fornecedores do elemento filtrante e, eventualmente, pelos fabricantes do filtro acabado (meio filtrante, moldura, cola e sistema de selagem). Estes ensaios não são feitos em campo.

A NBR ISO 29463-1:2013 – Filtros e meios filtrantes de alta eficiência para remoção de partículas no ar – Parte 1 – Classificação, ensaio de desempenho e identificação – é uma importante referência.

Os filtros HEPA são ensaiados individualmente em fábrica com relação a vazamentos no meio filtrante, moldura, cola e sistema de selagem. Após serem transportados e montados, passam por novos ensaios para detecção de pontos de vazamento no sistema de filtragem instalado, conforme NBR ISO 14644-3. É importante assegurar que a barreira entre o “lado limpo” e o “lado sujo” esteja estanque e íntegra.

Para que estes ensaios sejam feitos em conformidade com os procedimentos da NBR ISO 14644-3 é necessário que a instalação ou os equipamentos de ar-condicionado sejam projetados para permitir que os processos de certificação ocorram de forma segura e célere.

A classe de filtragem dos filtros de ar informada nos catálogos dos fabricantes é determinada por meio de ensaios normalizados. Graças ao trabalho voluntário dos membros do ABNT CEE138 temos as seguintes normas de referência:

– NBR 16101:2012 – Filtros para partículas em suspensão no ar – Determinação da eficiência para filtros grossos, médios e finos;

– NBR ISO 16890-1:2018 – Filtros de ar para ventilação em geral – Parte 1: Especificações técnicas, requisitos e sistema de classificação baseado na eficiência do material particulado (ePM);

– NBR ISO 29463-1:2013 – Filtros e meios filtrantes de alta eficiência para remoção de partículas no ar – Parte 1 – Classificação, ensaio de desempenho e identificação.

A seleção de sistemas de filtragem deve ser feita com cuidado. Como regra geral, não se deve ultrapassar a vazão nominal do filtro. A vazão nominal do filtro é aquela que foi utilizada nos ensaios que definiram a sua classificação. Quando os filtros trabalham com vazão maior que a nominal não há certeza que teremos assegurada a eficiência prevista pelo fabricante. Também a perda de carga dos filtros e a sua vida útil serão alteradas.

Por outro lado, quando os filtros trabalham com vazão de ar menor que a nominal, há tendência de aumentar a sua capacidade de retenção de partículas e de reduzir a sua perda de carga nominal.

Estas informações são importantes nestes tempos em que procuramos aumentar a retenção de contaminantes sem precisar fazer alterações importantes dos equipamentos de AVAC-R. A substituição de filtros grossos por filtros médios ou até a associação de filtros médios com filtros finos podem ser viáveis se trabalhamos com aumento da área filtrante, sem alterar a especificação do motor e do ventilador. É uma oportunidade que pode ser aproveitada por projetistas e fabricantes para fornecer soluções com baixo impacto de custo e prazos de implantação.

Há muitas outras técnicas que os engenheiros de ar-condicionado têm condição de aplicar: a associação de filtros grossos em cunha é uma delas. O aumento do tamanho dos equipamentos pode ser muito benéfico para o sistema de AVAC-R ao longo da vida útil da instalação. Esta, no entanto, é uma ação que tem de ser avaliada em novos projetos ou reformas.

A operação de sistemas de filtragem com baixa velocidade de face potencializa a redução no uso de energia e melhora a capacidade de retenção de partículas dos filtros. Casas de máquinas excessivamente compactas levam a seleção de equipamentos excessivamente compactos, com pouca possibilidade de exploração de benefícios relacionados ao uso de energia e desempenho do sistema de filtragem e, consequentemente, da qualidade do ar dos ambientes. Engenheiros de AVAC-R e arquitetos devem avaliar o impacto de ambientes técnicos excessivamente pequenos.

Filtros x sistemas de filtragem

Não basta ter filtros nos sistemas de AVAC-R. Necessitamos de sistemas de filtragem. O sistema de filtragem é composto pelo filtro (normalmente composto pelo elemento filtrante, moldura e vedação), elementos de fixação e estrutura de sustentação.

Sistemas de filtragem que permitem vazamentos em sua estrutura de sustentação ou entre filtros aumentam o risco de contaminação e também comprometem a eficiência das serpentinas de resfriamento e desumidificação, entre outros malefícios. Filtros que não possuem resistência mecânica adequada, alteram a sua forma à medida que vão sujando e, também, passam a permitir vazamentos.

O by-pass que ocorre em sistemas de filtragem decorrente de falhas de projeto de equipamentos, de instalação ou de manutenção é nocivo para o desempenho dos sistemas de AVAC-R. A DIN EN 1886:2009 – Ventilation for buildings – Air handling units – Mechanical performance, apresenta recomendações de vazamento aceitável por by-pass em filtros. Entendo que devemos trabalhar para adequar os equipamentos que não atendam a normas técnicas com relação a qualidade dos sistemas de filtragem.

A Recomendação Normativa 09 da ABRAVA

Boa parte dos sistemas centrais de ar-condicionado existentes dispõe de recursos que permitem aumentar significativamente a renovação de ar dos ambientes internos. Sistemas de ar-condicionado central podem trabalhar como poderosos sistemas de ventilação mecânica.

A RN-09 alerta sobre esta oportunidade que muitas instalações têm de contribuir para reduzir riscos de contaminação em ambientes internos, sem a necessidade de reformas, mas com a necessidade de aplicação de boas práticas de engenharia.

Estas alterações na forma de operação dos sistemas de AVAC-R devem ser tomadas por uma equipe multidisciplinar. Os profissionais de AVAC-R da área de projeto, instalação, manutenção e comissionamento devem fazer parte deste time e poderão esclarecer os seus clientes sobre as oportunidades de se fazer regulagens no balanceamento de ar com os recursos disponíveis.

Estas são ações que podem ser tomadas hoje.