Caixa Automatizada de Esterilização de Máscaras COVID-19 com UV-C

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Estamos vivendo uma crise onde todos necessitam usar máscaras ao sair de casa. A orientação é que as máscaras sejam higienizadas após cada uso. Mas como fazê-lo de forma simples, eficaz e rápida? Há, na Internet, muitíssimos tutoriais de como fazer máscaras caseiras (aqui um corte bem legal para você costurar em casa), mas quase nenhuma informação de como limpá-las.

Há várias possibilidades: você pode lavá-las ou passá-las a ferro muito quente (esse método, dependendo do tecido que usou, vai destruí-las). A forma mais prática é utilizar irradiação germicida por Ultravioleta-C. Esta técnica tem sido utilizada inclusive para higienizar ônibus e trens, passando-os por túneis cheios de lâmpadas, e corredores de hospitais, estes últimos com robôs-esterilizadores carregando um pilar de lâmpadas germicidas. A vantagem desse método é que é extremamente rápido: dependendo da potência da lâmpada, poucos segundos de exposição da superfície à irradiação bastam.

Para usar UV-C para esterilizar suas máscaras, o ideal é ter uma caixa de desinfecção simples, que você pode colocar na entrada da sua casa e onde você joga as máscaras ao chegar, ligando o aparelho por alguns minutos para realizar a esterilização. Essa caixa deve ser automatizada e desligar sozinha quando o processo de esterilização estiver completo, para que não seja esquecida ligada.

Esta página descreve como foi que, na nossa família, construímos uma caixa assim. É um modelo simples que pode ser construído em uma tarde em casa, usando peças velhas que você pode ter sobrando na sua garagem. Vou também mostrar como aumentamos a segurança e praticidade, incluindo algumas melhorias que nós descobrimos que são úteis durante os nosso experimentos com o uso da caixa.

Eu vou primeiramente descrever a versão simples da caixa (Versão 1), sem automação, que nós construímos como primeiro protótipo. Depois eu vou descrever como foi que nós incluímos  segurança adicional (Versão 2), com uma chave que desliga automaticamente a caixa se ela for aberta acidentalmente enquanto estiver ligada, e, depois, como incluímos automação (versão 3) com um temporizador que desliga automaticamente a caixa, para que ela não seja esquecida ligada. A caixa pode ser construída e refinada incrementalmente, constriuindo-se primeiro a Versão 1 e depois ir refinando.

 

Importante: Radiação UV-C pode ser perigosa e esta caixa trabalha com alta tensão (8.200 V) gerada por um transformador de lâmpada fluorescente. Se você tem alguma dúvida sobre o que está descrito aqui ou não possui experiência em construir aparelhos ligados na rede elétrica (220 V), não tente, em hipótese alguma, montar esta caixa em casa. Entre em contato com um engenheiro biomédico ou eletricista. Nunca permita a crianças ou adolescentes montarem este dispositivo sem supervisão.

Versão 3.0 da Caixa de Esterilização de Máscaras com UV-C
Versão 3.0 da Caixa de Esterilização de Máscaras com UV-C

O que é UV-C?

O Ultravioleta-C é a faixa de onda mais curta e de mais alta energia da Luz Ultravioleta. UV-C é emitido pelo Sol mas, em condições naturais, nunca atinge a superfície da Terra porque a camada de ozônio na parte superior da atmosfera absorve-o. Na verdade, é o UV-C que é em parte esponsável pela formação da camada de ozônio. Isso significa que os seres vivos na Terra não evoluíram para lidar com UV-C e são susceptíveis a ele.

Como age o UV-C?

O UV-C, por ter ondas muito curtas, é uma radiação de alta energia e é capaz de danificar moléculas grandes dos tecidos de seres vivos: as ondas curtas dessa radiação penetram nessas moléculas e as destroem. Uma dessas moléculas é o DNA, nosso código genético. Isso significa que UV-C destroi o código genético de seres vivos e torna-os incapazes de viver ou se reproduzir. Como a onda é absorvida rapidamente, ela tem pouco poder de penetração: no ser humano, as camadas externas da pele absorvem todo o UV-C e ele não causa danos profundos, mas pode causar câncer de pele se a exposição for prolongada. Em micróbios, o UV-C é extremamente destrutivo e neutraliza-os em segundos.

Que lâmpada usar?

Com o COVID-19 surgiu uma verdadeira coqueluxe de irradiar tudo com ultravioleta e a indústria Chinesa está produzindo os mais variados modelos de lâmpadas. Abaixo coloquei uma figura de um site de televendas Chinês mostrando uma infinidade de ofertas para “UV-C”.

O problema é: quais são os padrões industriais sob os quais estas lâmpadas estão sendo produzidas? Como vou saber que a tira de LED UV que eu comprei de fato irradia UV-C e não simplesmente ilumina os meus micróbios com luz roxa e não esteriliza absolutamente nada? Como eu vou saber que aquela lâmpada UV de ampola não está produzindo também uma pequena porcentagem de raios-X? A resposta é: eu não sei. Não há padronização nenhuma. Além disso, encomendar algo da China no momento é pouco praticável, quando chegar, a Crise do Corona vai possivelmente estar passsando…

Exemplo da variedade confusa de ofertas atuais…

A Adafruit nos presenteou com uma análise objetiva e muito bem fundamentada das lâmpadas de UVC que há no mercado: https://www.youtube.com/watch?v=FvL6DzwrF_g

Em função dessa incerteza, decidi por usar um equipamento profissional: lâmpadas de esterilização de água para filtros de passagem para Aqüicultura. No Brasil se pratica muito aqüicultura e todas estas fazendas de tilápia e camarão necessitam que a água seja controlada para não ficar verde demais e nem desenvolver patógenos nocivos aos animais. Isso se faz passado a água por um filtro de luz, um cano onde a água é irradiada com luz UV-C para matar algas e micróbios. Isto também é usado em esterilizadores para aquários.

Essas lâmpadas são produzidas em situações controladas e obedecem a padrões de qualidade confiáveis e com certeza produzem uma radiação UV-C dentro dos parâmetros esperados: podemos ter uma razoável certeza de que essas lâmpadas vão esterilizar de fato as máscaras e não vão irradiar a minha casa com raios-X. Além disso são fáceis de encontrar porque muita gente adquire.

Eu utilizei uma lâmpada de uma marca de qualidade na potência de 60 W, OSRAM GFT60DL/2G11/SE/OF, mas há muitas outras. Eu comprei logo o kit completo, com lâmpada, soquete e transformador. Você pode adquirí-los no Mercado Livre. Abaixo alguns exemplos:

Como eu construí a Caixa? Versão 1.0

A vantagem de usar uma lâmpada fluorescente como essa que eu peguei é que ela não esquenta e você pode usar praticamente qualquer material para fazer o seu Esterilizador Caseiro. Achei até um exemplo na Internet onde a pessoa usou caixas de sapatos. Eu optei por usar madeira. No nosso caso foi uma gaveta velha, mas pode ser qualquer caixa de verduras pêga na feira, desde que seja bem vedada com alumínio. Veja a figura abaixo para ver como ficou e quais os passos que nós seguimos para construir a caixa. Os passos:

  1. Pegue uma caixa de madeira. Você pode fazer a caixa em casa com MDF também. A caixa deve ter pelo menos uns 30cm de lado, para que a lâmpada, que tem quase 40cm caiba na diagonal. Eu usei uma gaveta velha que sobrou de um armário onde decidi não montar a gaveta;
  2. Pegue um pedaço de MDF cortado no tamanho da caixa ou então um pedaço de Eucatex/Duratex para servir de tampa. Você pode serrar tudo em casa com uma serra manual ou com uma serra circular se você possuir uma. Alternativamente, ligue para uma madeireira próxima e passe o tamanho das peças de madeira, normalmente eles cortam e, atualmente, muito possivelmente vão até entregar na sua casa. O ideal é que a tampa tenha bordas, para que a luz não irradie para fora. Eu usei divisórias velhas para gaveta, mas você pode usar papelão ou filete de madeira;
  3. Tome duas ou três dobradiças, das menores que encontrar (eu tinha sobras daqueles armários que você compra desmontados na Tok & Stok ou outro lugar e onde você sempre acaba deixando alguma coisa de fora). Qualquer loja de material de construção vai ter essas dobradiças. Parafuse-as com parafusos para madeira pequenos;
  4. Faça os pés da caixa: eu usei dois tacos de madeira que estavam na garagem. O peso dos tacos vai evitar que a caixa se desloque quando você estiver abrindo ou fechando. Você pode usar um quarteto de pés de borracha para dar um ar mais profissional também;
  5. Forre a caixa com alumínio: vai servir de refletor para irradiar melhor as suas máscaras e também evitar que a radiação escape da caixa. Eu usei folha de alumínio genérica usada para artesanato e para fazer calhas, que eu tinha sobrando aqui em casa. Você pode usar também aquela folha de alumínio fina para churrasco. A folha para calhas vende me qualquer loja de materiais de construção;
  6. Fixe o alumínio na caixa com parafusos ou cola. Se você usou uma chapa mais rígida, deixe-a com uma curvatura para fazer um refletor melhor, como mostra a figura;
  7. Para evitar vazamento de radiação pela fresta das dobradiças, use aquele adesivo aluminizado para tubos de aquecimento (duct tape) ou então cole qualquer plástico aluminizado de uma embalagem. Eu utilizei uma embalagem de corn flakes;
  8. Faça as conexões elétricas:
    1. Fixe os fios do transformador no soquete: haverá dois pares de fios com a mesma cor cada, no meu transformador eram dois azuis e dois vermelhos. Fixe os fios de mesma cor em contatos vizinhos no soquete, de forma que cada filamento da lâmpada esteja conectado a um par de fios da mesma cor – é corrente alternada, não faz diferença qual fio em qual contato;
    2. Conecte a entrada no transformador em um interruptor dequeles de fio para abajures. Você acha em qualquer loja de material de construção. Eu tinha um sobrando de um abajur velho. Observe que, se o transformador for bivolt, ele vai ter três fios, use o fio preto e aquele marcado 220V ou 110V, dependendo da tensão na região onde mora. Isole o outro fio;
    3. Conecte o interruptor ao fio elétrico para ligar na tomada. Fio e um plugue você também encontra em qualquer loja de material de construção;
    4. Encaixe a lâmpada no lugar: a lâmpada não tem polaridade;
    5. Fixe a ponta da lâmpada na tampa, para que não quebre e não caia sobre as máscaras. Como a lâmpada é fluorescente e não aquece, você pode usar uma tira de nylon ou um barbante:
  9. Finalize imprimindo e colando um aviso de cuidado UV na tampa.
Clique na imagem para ampliar e ver os detalhes

O aviso:

Minha Instalação: Entrada da Casa

Agora é só colocar a caixa em um local de fácil acesso. Nós colocamos na entrada da nossa casa, com um gaveteiro ao lado onde estão os EPIs de toda a família:

  • quando alguém chega em casa, joga seu EPI na caixa;
  • quando a caixa está cheia que chega, alguém vai lá e a liga por 5 minutos;
  • espera-se 15 minutos até que o ozônio produzido se disperse, e
  • guarda-se os EPIs nas gavetas de seus donos.
Esterilizador instalado na entrada da nossa casa, ao lado de um gaveteiro contendo as máscaras e luvas de cada membro da família

Aumentando a Segurança: Kill Switch. Versão 2.0

Um risco dessa caixa é você abrir a caixa sem querer enquanto estiver ligada e acabar olhando diretamente para a lâmpada: se você isolou a caixa bem, você não vai saber de fora se está ligada ou não, a não ser pela posição do interruptor que, num interuptor de fio como o que usamos, pode ser ambígua.

A forma mais simples de prevenir isto é colocar em série com o interruptor, um segundo interruptor, que vai funcionar como sensor de fechamento da caixa e, na prática, atuar como um kill switch: se você abrir a caixa, ela desliga imediatamente.

Você pode fazer isso com qualquer botão de pressão. Eu usei um botão velho de reset de computador, mas pode ser algo que você compra em lojas de materiais elétricos, até um botão de campainha serve:

A montagem é simples: conecte o interruptor de pressão entre o interruptor de fio e o transformador e posicione-o na parte lateral da caixa de forma que a aba da caixa o presione para baixo quando estiver fechada. Quando você abrir a caixa, o botão abre o circuito e a caixa automaticamente desliga.

O que falta fazer? Automação com um Temporizador! Versão 3.0

Para não esquecer a caixa ligada (já nos aconteceu) a melhor coisa é colocar um temporizador que a desligue automaticamente depois do tempo de irradiação correto. Para isto a melhor coisa são essas plaquinhas temporizadoras eletrônicas programáveis simples que você compra prontas.  Eu adicionei um temporizador como este, modelo XY-J02, da figura:

No link abaixo há uma infinidade de modelos e ofertas, todos funcionam do mesmo jeito e podem ser alimentados por um carregador de celular velho:

Existem outros modelos de temporizador, por exemplo o modelo DK-C-01. Ele não tem um botão de pausa, mas tem uma campainha, o que pode ser útil.

Como eu montei o circuito do temporizador?

Eu inseri o relê do temporizador em série com as outras chaves, entre a chave geral e o kill switch. A alimentação do temporizador eu derivei também depois da chave geral, para que o temporizador energize quando eu ligo o aparelho, mas antes de ligar o relê, de maneira que o temporizador sempre tenha energia, independente do estado do relê. É importante também ligar a energia do temporizador antes do kill switch, senão você interrompe o timer toda vez que abrir a caixa para colocar mais alguma coisa que ficou esquecida do lado de fora.  O circuito de toda a caixa, automatizada com o temporizador, é mostrado abaixo:

O temporizador funciona com qualquer fonte de corrente contínua supostamente entre 6V e 30V. Fiz uns testes e descobri que, com 5V também funciona, o display só fica um pouco apagadinho. Então, para alimentar o temporizador eu usei um carregador de celular velho, daqueles de celular de teclado, que me dá pouco mais de 5V e resolve dois problemas: me livrei de um lixo eletrônico que estava no fundo da gaveta e achei uma fonte de alimentação para a placa temporizadora.  Se você não guarda sucata eletrônica como eu, sugiro adquirir a fonte de 9V ou 12V mais simples que puder encontrar, como essas:

Você pode também ver na lojinha de consertos de TV do seu bairro. Eles com certeza vão ter algo que sirva.

Essa fonte de alimentação eu instalei embaixo da chapa de alumínio do fundo da caixa. Lembra que eu dissse que ia usar uma chapa curva? Pois é, embaixo dessa curvatura sobrou espaço para deixar a fonte bem acomodada. Para conectar a fonte à energia eu usei um plugue fêmea, desses de fio de extensão. Vende em qualquer supermercado:

Como botão de “início”, para iniciar a contagem regressiva do temporizador e ligar a lâmpada, eu usei um botão de máquina caça-níqueis, que é bem grande e fica óbvio para todo mundo onde é que liga a máquina. Veja abaixo o temporizador e o botão, já montados:

Esse tipo de botão você compra em lojas de eletrônica ou no Mercado Livre:

Para a capinha de acrílico da placa eu usei um fundo de uma fita minDV, dessas de filmadora velha. Existem caixinhas profissionais para eletrônica que você pode comprar, se desejar.

Eu usei um conector, que pode ser comprado em qualquer loja de material elétrico, para conectar os fios todos. Pode-se simplesmente enrolar os fios e passar fita isolante por cima, também. Vista do lado de fora, as conexões da caixa ficaram assim:

Não ficou muito bonito, mas está funcional e seguro.

Agora é só programar o tempo de exposição. Ele vai depender da lâmpada. Para uma lâmpada de 60W como a minha, supostamente 2 minutos são mais que suficientes, se a superfície de máscara for lisa, o que não acontece, já que as máscaras são feitas com tecido comum e os fios de tecido vão atenuar a radiação nas camadas mais profundas do tecido. Eu fiz vários testes e percebi que o tecido não desbota e nem queima com até 15 minutos de irradiação. Acima disso ele começa  perder um pouco de cor. Então eu programei o meu temporizador para 15 minutos. A forma de programar cada modelo de placa temporizadora é diferente, veja os manuais:

Existem também videos no YouTube. Aqui um exemplo:

Importante: Cuidados Adicionais

Ao Construir e Testar: cuidado Radiação UV-C!

UV-C, mesmo em pequenas quantidades pode ser prejudicial aos seus olhos: mesmo quando estiver testando o aparelho, nunca olhe diretamente para a lâmpada. Também não se exponha a radiação indireta da lâmpada, por exemplo, colocando-se de costas para ela e acendendo-a: a luz UV-C refletida pelas paredes da sua casa já pode ser suficiente para machucar os seus olhos.  O que nós fizemos para testar se a lâmpada estava funcionando foi terminar de construir todo o aparelho e aí o ligamos para identificar as frestas por onde escapava um pouco de radiação. É uma construção caseira: sempre vão haver frestas. Serviu tanto para ver se a lâmpada estava acendendo como para identificar onde tínhamos que vedar a caixa com papel alumínio extra.

Ao Operar: cuidado Ozônio!

Luz UV-C, ao passar pelo oxigênio dissolvido na atmosfera, ioniza e energiza as moléculas de oxigênio, o que gera ozônio. A caixa, ao final da operação, conterá uma certa quantidade de ozônio produzido pela radiação da lâmpada. Ozônio, se inspirado, pode causar danos aos pulmões. Porém, ozônio, na ausência de radiação ultravioleta, é instável e se desfaz rapidamente quando você desliga a lâmpada.  É importante esperar pelo menos 15 minutos antes de abrir a caixa após uma esterilização para que o ozônio se disperse e desfaça.

A lâmpada OSRAM GFT60DL/2G11/SE/OF, que eu usei,  é supostamente “ozone free”, mas o meu nariz me diz outra coisa. É interessante ler esta notícia aqui: https://saude.estadao.com.br/noticias/geral,usp-desenvolve-camara-de-ozonio-para-desinfeccao-e-reuso-de-mascaras-hospitalares,70003267103  para se informar mais.

Isenção de Responsabilidade/Disclaimer

Este posting descreve minha experiência, eu pessoa privada Aldo von Wangenheim, na montagem de uma caixa de esterilização usando luz UV-C. Isto não é um posting oficial do Coordenador Científico de Telemedicina do STT/SC e nem tampouco um posting oficial do Professor Aldo von Wangenheim do Depto. de Informática e Estatística da UFSC. Também não é um incentivo a você sair construindo esta caixa. É apenas a minha experiência privada, de um dispositivo que construímos em família e que eu estou compartilhando porque considero útil no momento atual. Eu sou formado em Ciências da Computação e tenho doutorado em Matemática Aplicada. Não sou Engenheiro Eletricista e não sou Engenheiro Biomédico. Tudo o que está aqui foi realizado baseado no bom senso e nos conhecimentos científicos e técnicos meus e de minha família, que ajudou no desenvolvimento e montagem deste dispositivo.

Radiação UV-C pode ser perigosa e esta caixa trabalha com alta tensão (8.200 V) gerada por um transformador de lâmpada fluorescente. Se você tem alguma dúvida sobre o que está descrito aqui ou não possui experiência em construir aparelhos ligados na rede elétrica (220 V), não tente montar esta caixa em casa em hipótese alguma. Nunca permita a crianças ou adolescentes montarem este dispositivo sem supervisão.

Use esta descrição sob sua conta e risco.

Agradecimentos

Queremos agradecer ao Prof. Fernando Pacheco do IFSC pela revisão deste material e pela sugestão do kill switch. Queremos também agradecer às Profas. Cristina Calvo e Josimari Telino, do Depto. de Saúde Pública da UFSC, pela leitura crítica do material.

Referências

 

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