Campana extractora de humos
Tipo de dispositivo de ventilación local

Campana extractora de humos
Una campana extractora de humos moderna y común
Otros nombres
  • Capucha
  • Vitrina de humos
  • Armario de humos
UsosEliminación de humos; protección contra explosiones o llamas
Artículos relacionadosCabina de flujo laminar
Cabina de bioseguridad

Una campana de extracción de gases (a veces llamada armario de extracción de gases o armario de extracción de gases ) es un tipo de dispositivo de ventilación de extracción local que está diseñado para evitar que los usuarios se expongan a humos, vapores y polvos peligrosos . El dispositivo es un recinto con una ventana de guillotina móvil en un lado que atrapa y expulsa gases y partículas fuera del área (a través de un conducto ) o de regreso a la habitación (a través de filtración de aire ), y se usa con mayor frecuencia en entornos de laboratorio .

Las primeras campanas extractoras de humos, construidas con madera y vidrio, se desarrollaron a principios del siglo XX como medida para proteger a las personas de los subproductos nocivos de las reacciones gaseosas . Los desarrollos posteriores en las décadas de 1970 y 1980 permitieron la construcción de dispositivos más eficientes a partir de acero recubierto de polvo de epoxi y laminados plásticos retardantes de llama . Las campanas extractoras de humos contemporáneas se construyen según diversos estándares para satisfacer las necesidades de diferentes prácticas de laboratorio. Pueden construirse en diferentes tamaños, con algunos modelos de demostración lo suficientemente pequeños para ser trasladados entre ubicaciones en una isla y diseños más grandes "de acceso" que pueden encerrar equipos grandes. También pueden construirse para permitir la manipulación y ventilación seguras de ácido perclórico y radionucleidos y pueden estar equipadas con sistemas de depuración . Las campanas extractoras de humos de todo tipo requieren un mantenimiento regular para garantizar la seguridad de los usuarios.

La mayoría de las campanas extractoras de humos están canalizadas y expulsan el aire de la habitación en la que están instaladas, lo que elimina constantemente el aire acondicionado de la habitación y, por lo tanto, genera importantes costos de energía para los laboratorios y las instituciones académicas. Desde principios de la década de 2000, se han realizado investigaciones para reducir el uso de energía asociado con las campanas extractoras de humos, lo que dio como resultado avances técnicos, como campanas extractoras de humos de volumen de aire variable, de alto rendimiento y con sensores de ocupación , así como la promulgación de campañas "Shut the Sash" que promueven el cierre de la ventana de las campanas extractoras de humos que no se utilizan para reducir el volumen de aire extraído de una habitación.

Historia

Campana extractora de madera en la Universidad Tecnológica de Gdansk (fotografía de 2016 de una instalación de 1904 todavía en uso)

La necesidad de ventilación ha sido evidente desde los primeros días de la investigación y la educación química. Algunas de las primeras aproximaciones al problema fueron adaptaciones de la chimenea convencional . [1] Un hogar construido por Thomas Jefferson entre 1822 y 1826 en la Universidad de Virginia estaba equipado con un baño de arena y conductos especiales para ventilar los gases tóxicos. [2] El tiro de una chimenea también fue utilizado por Thomas Edison para proporcionar ventilación en su trabajo alrededor del año 1900. [3]

En 1904, la recién construida Facultad de Química de la Universidad Técnica de Gdansk fue equipada con campanas extractoras de madera y vidrio en los auditorios, varias salas de conferencias, laboratorios de estudiantes y salas para científicos. El panel frontal corredizo hacia arriba y hacia abajo con vidrio protegía contra los humos y las explosiones. Cada campana extractora estaba iluminada, equipada con una instalación de gas para la calefacción y agua corriente con desagüe. Los subproductos gaseosos nocivos y corrosivos de las reacciones se eliminaban activamente mediante el tiro natural de una chimenea. Este diseño primitivo todavía funciona después de más de 110 años. [4]

El primer diseño conocido de "vitrina de gases" moderna con ventanas de guillotina ascendentes se introdujo en la Universidad de Leeds en 1923. [3] Trece años después, Labconco, ahora un destacado fabricante de campanas de extracción, desarrolló la primera campana de extracción para la venta comercial, que recordaba a los diseños modernos con una ventana de guillotina orientada hacia el frente. Poco después, en 1943 durante la Segunda Guerra Mundial, John Weber, Jr. desarrolló un concepto de campana de extracción con un ventilador de extracción dedicado, una ventana de guillotina ascendente verticalmente y una velocidad frontal constante en respuesta a las preocupaciones sobre la exposición a sustancias tóxicas y radiactivas. Este diseño se convertiría en estándar entre los laboratorios atómicos de la época, [3] y muchos aspectos de su concepto se incorporan en los diseños de campanas de extracción modernas. [5]

Las primeras campanas de extracción producidas en masa se fabricaron de piedra y vidrio, [6] probablemente esteatita [7] o transite , [8] : 153  aunque el acero inoxidable se utilizaba al menos en la década de 1960. [9] Labconco introdujo el concepto de una campana de extracción revestida con fibra de vidrio para mejorar la durabilidad y la resistencia química, [3] aunque a partir de la década de 1990, la literatura recomendaba el uso de acero recubierto de polvo epoxi , teflón y recubrimientos de polipropileno [8] : 169  para la construcción de campanas de extracción y escapes. [10] [11]

Descripción

Flujo de aire en la campana extractora de humos demostrado mediante niebla de hielo seco

Una campana extractora de humos es típicamente un equipo grande que encierra seis lados de un área de trabajo (incluida una ventana o puerta de guillotina móvil), cuya parte inferior se ubica más comúnmente a una altura de trabajo de pie (al menos 28 a 34 pulgadas (71 a 86 cm) sobre el piso). [11] : 20  Las campanas extractoras de humos se encuentran con mayor frecuencia en laboratorios que requieren el uso de materiales que pueden producir partículas dañinas , subproductos gaseosos o aerosoles de materiales peligrosos como los que se encuentran en los laboratorios de biocontención . [11]

Existen dos tipos principales de campanas extractoras: con conductos y con recirculación (sin conductos). El principio es el mismo para ambos tipos: el aire se aspira desde el lado frontal (abierto) de la cabina y se expulsa fuera del edificio o se filtra y se devuelve a la habitación. [12] Este método de control del flujo de aire tiene como objetivo:

  • proteger al usuario de sustancias peligrosas [11] : 6 
  • proteger el producto o experimento [11] : 6 
  • proteger el medio ambiente (cuando se filtra el aire de escape o se evita de otro modo que escape del área de trabajo) [13] : 311–337 
  • Proporcionar ventilación del espacio [13] : 229 

Las funciones secundarias de estos dispositivos pueden incluir protección contra explosiones , contención de derrames y otras funciones necesarias para el trabajo que se realiza dentro del dispositivo; estas funciones pueden lograrse mediante el diseño del recinto, el diseño del conducto y la ubicación óptima de la campana extractora de humos en una habitación. [14] : 5.3  [13] : 232–268 

Las campanas de extracción de humos se colocan generalmente contra las paredes y a menudo están equipadas con rellenos en la parte superior para cubrir los conductos de escape. Debido a su forma empotrada, generalmente están mal iluminadas por la iluminación general de la habitación, por lo que muchas tienen luces internas con cubiertas a prueba de vapor. [15] [16] : 502  La parte frontal del dispositivo incluye una ventana de guillotina , generalmente de vidrio o de otro tipo de acristalamiento transparente , que puede deslizarse vertical u horizontalmente. [14] Los recintos especiales para la enseñanza pueden permitir una visibilidad adicional al construir los lados y la parte posterior de la unidad con vidrio templado , pensado para que varias personas puedan mirar dentro de una campana de extracción de humos a la vez, aunque a menudo tienen capacidades de ventilación más pobres. [17] [11] : 9  Algunos modelos de demostración construidos para fines educativos son móviles, se pueden transportar entre ubicaciones o se construyen en una isla móvil, y pueden no tener conductos; [18] a menudo se construyen con restricciones menos exigentes en cuanto a resistencia química, [19] pero ofrecen otras ventajas, como menores costos de energía. [17]

Las campanas extractoras de humos están generalmente disponibles en 5 anchos diferentes: 1000 mm, 1200 mm, 1500 mm, 1800 mm y 2000 mm. [20] La profundidad varía entre 700 mm y 900 mm, y la altura entre 1900 mm y 2700 mm. Las regiones que utilizan principalmente medidas no métricas a menudo siguen estándares de construcción que redondean estas dimensiones al valor más cercano en pulgadas o pies . [16] : 503  Estos diseños pueden acomodar de uno a tres operadores. Todos los diseños modernos deben estar equipados con medidores de flujo de aire para garantizar que la campana funcione correctamente mientras está en uso. [21] : 233 

Laboratorio de pruebas GBII
Caja de guantes con sistema de purificación de gas inerte

Para materiales excepcionalmente peligrosos , se puede utilizar una caja de guantes cerrada o una cabina de bioseguridad de clase III [22] , que aísla completamente al operador de todo contacto físico directo con el material de trabajo y las herramientas. [11]

Materiales de construcción

El marco y los materiales de construcción utilizados para una campana extractora de humos se seleccionan en función de las exposiciones ambientales y químicas previstas durante la vida útil del equipo. [23] Algunos de los materiales comunes utilizados para la construcción exterior de una campana extractora de humos moderna incluyen:

  • Acero dulce , revestido con pintura en polvo: el método tradicional de construcción de vitrinas de gases se realiza a partir de acero dulce revestido con zinc. El coste suele ser bajo, pero presenta problemas de corrosión con el tiempo y una elevada huella de carbono en su fabricación. Los revestimientos en polvo pueden estar hechos de epoxi u otros plásticos, como el cloruro de polivinilo . [23] [24] : 336 
  • Acero inoxidable : se utiliza habitualmente en aplicaciones radiactivas, en salas blancas o en entornos ATEX , [11] ya que el material es fácil de descontaminar. El acero inoxidable es menos común que otros materiales debido a su vulnerabilidad química y su coste. [8] : 153 
  • Polipropileno : material de construcción con mayor resistencia química que algunos materiales contemporáneos. También se utiliza en salas blancas. Tiene un coste menor [8] que el acero dulce o el acero inoxidable, pero es menos resistente al calor. [5]

Los fabricantes construyen ventanas de guillotina de vidrio de seguridad , vidrio templado , cloruro de polivinilo de alto impacto o plexiglás . La configuración más común de una ventana de guillotina es un tipo que se desliza verticalmente y está contrapesada para facilitar el movimiento cuando se usa vidrio pesado. Las configuraciones que manejan ácido fluorhídrico pueden usar una ventana hecha de policarbonato . [8] : 154 

Materiales de revestimiento

El interior de una campana extractora de humos suele estar expuesto a productos químicos nocivos y a temperaturas elevadas, por lo que suele estar revestido con materiales resistentes a los productos químicos y al entorno a los que se espera que esté expuesto. En la mayoría de los casos, solo la superficie de trabajo en la parte inferior del espacio cerrado está hecha de un material de revestimiento, que suele estar hecho de resina epoxi o acero inoxidable, [23] pero una campana extractora de humos puede estar revestida con cualquiera de los siguientes materiales: [11]

Paneles de control y monitorización

La mayoría de las campanas extractoras de humos están equipadas con un panel de control alimentado por la red eléctrica y/o un dispositivo de control del flujo de aire . Por lo general, permiten el ajuste manual o automático de los deflectores internos , pero las normas ANSI [25] [26] y EN [21] : 233  [27] exigen que proporcionen advertencias visuales y audibles en las siguientes situaciones: [28] : 7 

  • El flujo de aire es demasiado alto o bajo
  • Una abertura demasiado grande en la parte delantera de la unidad (una alarma de "guillotina alta" se activa cuando el vidrio corredizo en la parte delantera de la unidad se eleva más de lo que se considera seguro, debido a la caída de la velocidad del aire resultante)

Algunos paneles de control también permiten conmutar mecanismos dentro de la campana desde un punto central, como encender o apagar el extractor de aire o una luz interna. [15]

Campanas extractoras de humos canalizadas

Campana extractora de humos canalizada
Una campana extractora de humos canalizada

La mayoría de las campanas extractoras de gases para uso industrial están conducidas. Existe una gran variedad de campanas extractoras conducidas. En la mayoría de los diseños, el aire acondicionado (es decir, calentado o enfriado) se extrae del espacio del laboratorio hacia la campana extractora y luego se dispersa a través de conductos hacia la atmósfera exterior. [5]

Para reducir los costos de energía de la ventilación del laboratorio, se emplean sistemas de volumen de aire variable (VAV), que reducen el volumen de aire expulsado cuando se cierra la hoja de la campana de extracción. Este producto se mejora a menudo con un dispositivo de cierre automático de la hoja, que cerrará la hoja de la campana de extracción cuando el usuario se aleje de la misma. [21] : 238  El resultado es que las campanas funcionan al volumen de escape mínimo siempre que no haya nadie trabajando frente a ellas. [29]

Dado que una campana extractora típica en los climas de los EE. UU. consume 3,5 veces más energía que una casa, [30] la reducción o minimización del volumen de extracción es estratégica para reducir los costos de energía de las instalaciones, así como para minimizar el impacto en la infraestructura de las mismas y el medio ambiente. Se debe prestar especial atención a la ubicación de la descarga de extracción, para reducir los riesgos para la seguridad pública y evitar que el aire de extracción regrese al sistema de suministro de aire del edificio; los requisitos de extracción de los sistemas de campana extractora pueden regularse para evitar la exposición del público y de los trabajadores. [31]

Aire auxiliar

Las campanas de extracción con un suministro de aire auxiliar, que toman aire del exterior del edificio en lugar de tomar aire acondicionado de la habitación en la que están ubicadas, han sido controvertidas y a menudo no se recomiendan. [8] : 158  Se han considerado como una opción para ahorrar energía en algunas situaciones, ya que no extraen aire acondicionado de una habitación. [32] Además de proporcionar un ambiente no acondicionado dentro de la campana en comparación con el exterior de la misma, lo que puede causar incomodidad o irritación a los trabajadores, [33] : 148  se ha demostrado que las campanas químicas con un suministro de aire auxiliar exponen a los trabajadores a materiales dentro de la campana a una tasa significativamente mayor que las campanas convencionales sin suministro de aire. [32]

Volumen de aire constante (CAV)

Las campanas extractoras de volumen de aire constante (CAV) mantienen un volumen de aire constante dentro de la campana, independientemente de la posición de la ventana de guillotina. Esto da como resultado cambios en la velocidad del aire según la posición de la ventana de guillotina; [34] la ventana de guillotina se ajusta a una altura de trabajo adecuada para lograr una velocidad frontal adecuada. [a] [5] En una encuesta a 247 profesionales de laboratorio realizada en 2010, Lab Manager Magazine descubrió que aproximadamente el 43% de las campanas extractoras son campanas extractoras CAV. [36]

CAV sin bypass

El diseño más básico de una campana extractora CAV solo tiene una abertura por la que puede pasar el aire: la abertura de la hoja. [5] Cerrar la hoja en una campana CAV sin bypass aumentará la velocidad frontal (velocidad de entrada o "tracción"), [a] que es una función del volumen total dividido por el área de la abertura de la hoja. Por lo tanto, el rendimiento de la campana (desde una perspectiva de seguridad) depende principalmente de la posición de la hoja, y la seguridad aumenta a medida que se cierra la campana. Este diseño se conoce como campana "convencional". Muchas campanas convencionales especifican una altura máxima a la que se puede abrir la ventana de la hoja para mantener niveles seguros de flujo de aire. [37]

Una desventaja importante de las campanas CAV convencionales es que cuando la hoja está cerrada, las velocidades pueden aumentar hasta el punto de perturbar la instrumentación, enfriar las placas calientes , ralentizar las reacciones y/o crear turbulencias que pueden forzar la entrada de contaminantes a la habitación. [37] [5]

Omitir CAV

Un recinto de metal blanco con un marco de vidrio parcialmente abierto en el frente.
Campana extractora de humos de derivación. La rejilla de la cámara de derivación se puede ver en la parte superior.

Las campanas CAV con bypass se desarrollaron para superar los problemas de alta velocidad que afectan a las campanas de extracción convencionales. [37] Estas campanas permiten que el aire pase a través de una abertura de "bypass" desde arriba a medida que se cierra la ventana. El bypass está ubicado de manera que a medida que el usuario cierra la ventana, la abertura de bypass se agranda; cuando la ventana está completamente cerrada, el aire fluye solo a través del perfil aerodinámico debajo de la parte inferior de la ventana de guillotina. [38] : 12  El aire que pasa por la campana mantiene un volumen constante sin importar dónde se posicione la ventana de guillotina y sin cambiar las velocidades del ventilador. Como resultado, la energía consumida por las campanas de extracción CAV (o más bien, la energía consumida por el sistema HVAC del edificio y la energía consumida por el ventilador de extracción de la campana) permanece constante, o casi constante, independientemente de la posición de la ventana de guillotina. [39]

CAV de derivación de bajo caudal y alto rendimiento

Las campanas CAV de alto rendimiento o de bajo flujo con derivación son un tipo moderno de campanas CAV de derivación y, por lo general, presentan características mejoradas de contención, seguridad y conservación de energía . Estas campanas incluyen características como topes de hoja en la ventana, control automático de deflectores mediante sensores de posición de hoja y flujo de aire, ventiladores para crear una barrera de aire entre el usuario y el recinto, y una aerodinámica mejorada para mantener el flujo laminar. [37] [39] El diseño de estas campanas está pensado para permitir que la unidad cumpla con los estándares ASHRAE mientras mantiene una velocidad frontal más baja y, por lo tanto, consume menos energía. [5] [22] : 320 

Volumen de aire variable (VAV)

Un recinto de metal blanco con un marco de vidrio parcialmente abierto en el frente.
Una campana extractora de humos de flujo de aire variable (velocidad constante), con un sensor de flujo visible

Las campanas VAV, las generaciones más nuevas de campanas de extracción de gases de laboratorio, varían el volumen de aire de la sala que se expulsa mientras se mantiene la velocidad frontal a un nivel establecido. Las diferentes campanas VAV cambian el volumen de extracción utilizando diferentes métodos, como un regulador o una válvula en el conducto de extracción que se abre y se cierra según la posición de la hoja, o un ventilador que cambia la velocidad para satisfacer las demandas de volumen de aire. La mayoría de las campanas VAV integran un sistema de derivación modificado a un sistema de campana de extracción convencional para lograr un volumen de extracción variable en proporción a la apertura de la cara de la campana, [38] : 15  aunque también se utiliza un diseño sin derivación para reducir aún más el volumen total de aire necesario para el funcionamiento. [5]

Las campanas extractoras VAV pueden proporcionar un ahorro considerable de energía al reducir el volumen total de aire acondicionado que se expulsa del laboratorio. Sin embargo, estos ahorros dependen del comportamiento del usuario: cuanto menos abiertas estén las campanas (tanto en términos de altura como de tiempo), mayor será el ahorro de energía. Un laboratorio que utilice una campana extractora VAV con una ventana que se mantenga abierta solo durante las horas de trabajo del día ahorraría una cantidad significativa en costos de energía en comparación con un laboratorio que utilice campanas CAV que estén completamente abiertas el 100% del tiempo, independientemente de la altura de la ventana. [29] [40]

En una encuesta a 247 profesionales de laboratorio realizada en 2010, la revista Lab Manager descubrió que aproximadamente el 12 % de las campanas extractoras son campanas extractoras VAV. [36]

Campanas extractoras de humos con dosel

Las campanas extractoras de humos con dosel, también llamadas campanas de extracción, son similares a las campanas extractoras que se encuentran sobre las estufas en cocinas comerciales y algunas residenciales. Solo tienen un dosel, no tienen recinto ni marco, y están diseñadas para ventilar materiales no tóxicos como humo, vapor, calor y olores que se transportan naturalmente hacia arriba a través de la convección . [33] : 145  Las campanas extractoras de humos con dosel filtrantes resistentes a los químicos son fabricadas por proveedores selectos, [41] pero no son ideales para la seguridad de los trabajadores, ya que los humos que aspiran del equipo que se encuentra debajo pasan a través de la zona de respiración del trabajador. [33] : 145  Se emplean en algunas situaciones para proporcionar escape para equipos grandes que serían incómodos de almacenar o manipular dentro de un recinto de campana extractora, [42] o, en general, en un área de banco de laboratorio donde se realizan procesos que requieren ventilación adicional. [43] : 42–43  En una encuesta realizada a 247 profesionales de laboratorio en 2010, la revista Lab Manager Magazine descubrió que aproximadamente el 13 % de las campanas extractoras son campanas extractoras con cubierta entubada. [36]

Las campanas extractoras con dosel requieren la instalación de conductos adicionales en comparación con otras campanas extractoras con conductos, y a menudo extraen mucho más aire con temperatura controlada del ambiente circundante que las campanas extractoras cerradas, [44] : 25  pero requieren un mantenimiento comparativamente bajo. [42]

Campanas extractoras de humos sin conductos

Las campanas extractoras de humos sin conductos, también conocidas como campanas de recirculación [16] : 502  o autónomas, [8] : 160  son unidades que no extraen aire del edificio o del entorno de trabajo. En cambio, el aire se succiona a través de la abertura frontal de la campana y a través de un filtro, antes de pasar por el ventilador montado en la parte superior (sofito) de la campana o debajo de la encimera y ser devuelto al lugar de trabajo. [16] : 502  Con una campana extractora de humos sin conductos, es esencial que el medio filtrante pueda eliminar el material peligroso o nocivo particular que se esté utilizando. Como se requieren diferentes filtros para diferentes materiales, las campanas extractoras de humos con recirculación solo se deben utilizar cuando se conocen los peligros específicos y son adecuados para el tipo de filtro utilizado, [38] : 26  y dichos filtros deben reemplazarse regularmente. [17] Los materiales utilizados dentro de la campana también deben tener propiedades de advertencia para indicar una falla del filtro para capturar partículas o vapores, como olor o sabor. [38] : 26  La producción de campanas extractoras de humos con recirculación solo fue posible después de la invención del filtro HEPA en la década de 1940, [3] y si bien inicialmente se consideró que las unidades eran inadecuadas para proteger a los trabajadores de los vapores, su diseño y rendimiento se han mejorado a partir de la década de 1980. [45]

La filtración de aire de las campanas extractoras sin conductos normalmente se divide en dos segmentos: [45]

  • Prefiltración: es la primera etapa de la filtración y consiste en una barrera física, generalmente espuma de celdas abiertas, que impide el paso de partículas grandes. Los filtros de este tipo suelen ser económicos y duran aproximadamente seis meses, según el uso.
  • Filtración principal: después de la prefiltración, los humos son aspirados a través de una capa de carbón activado que absorbe la mayoría de los productos químicos que pasan a través de ella. Sin embargo, el amoníaco y el monóxido de carbono pasan a través de la mayoría de los filtros de carbón; estos filtros están diseñados con mayor frecuencia para adsorber compuestos orgánicos volátiles . [46] Se pueden agregar técnicas de filtración específicas adicionales para combatir los productos químicos que, de lo contrario, se bombearían de regreso a la habitación. [47] : 416–420 

Las ventajas de utilizar una campana extractora de humos sin conductos incluyen su facilidad de implementación en comparación con las campanas con conductos y el hecho de que el aire acondicionado no se extrae del edificio. Estos factores por sí solos proporcionan ahorros mensurables en el uso de energía. [17] Sin embargo, la seguridad y la eficacia de las campanas sin conductos es notablemente inferior a la de las campanas con conductos en todas las condiciones, salvo en las más limitadas. Las campanas extractoras de humos sin conductos no son apropiadas para aplicaciones de investigación en las que la actividad y los materiales utilizados o generados pueden cambiar o ser desconocidos. Como resultado de este y otros inconvenientes, algunas organizaciones de investigación, incluidas la Universidad de Wisconsin, Milwaukee, [48] la Universidad de Columbia, [49] la Universidad de Princeton, [50] la Universidad de New Hampshire, [51] y la Universidad de Colorado, Boulder [52] desalientan o prohíben el uso de campanas extractoras de humos sin conductos. Además, aunque normalmente no se clasifican como tales, la forma en que se operan los gabinetes de bioseguridad cuando no están conectados a un sistema de conductos es funcionalmente la misma que la de una campana extractora de humos sin conductos, [47] : 417  aunque las aplicaciones de los gabinetes de bioseguridad, combinadas con la relativa dificultad para conectarlos a un sistema de escape de un edificio en comparación con una campana extractora de humos, dan como resultado diferentes consideraciones de seguridad. [53]

En una encuesta realizada a 247 profesionales de laboratorio en 2010, la revista Lab Manager descubrió que aproximadamente el 22 % de las campanas extractoras son campanas extractoras sin conductos. [36]

Diseños especiales

Flujo descendente

Las campanas de extracción de flujo descendente, también llamadas estaciones de trabajo de flujo descendente, son campanas de extracción diseñadas para proteger al usuario y al medio ambiente de los vapores peligrosos generados en la superficie de trabajo. Se genera un flujo de aire descendente y los vapores peligrosos se recogen a través de ranuras en la superficie de trabajo. Las campanas de extracción de flujo descendente se encuentran con mayor frecuencia en aplicaciones que involucran polvos , [54] y son comparables a las cabinas de flujo laminar . El flujo laminar dentro de estos dispositivos se interrumpe fácilmente, más que las campanas de extracción tradicionales, lo que puede resultar en exposición a peligros dentro de la campana. [55]

Lavado con agua

Las unidades de campanas extractoras diseñadas para procedimientos que involucran ácido perclórico cuentan con un sistema de lavado con agua en los conductos y a menudo están construidas de acero inoxidable de grado marino o cloruro de polivinilo rígido , [43] : 36  Debido a que los humos densos de ácido perclórico se depositan y forman cristales de perclorato altamente reactivos , los deflectores internos de la campana extractora y los conductos deben limpiarse internamente con una serie de rociadores, [56] y todas las esquinas pueden modificarse para que sean cóncavas o redondeadas para reducir aún más el potencial de acumulación de cristales. Un drenaje está integrado en el diseño para la eliminación de la solución de aguas residuales. [57] Este diseño fue desarrollado por primera vez por la Oficina de Minas de los Estados Unidos en 1964, [58] y a veces se lo conoce como "campana de digestión ácida". [59] [60]

Radioisótopo

Las campanas extractoras de humos diseñadas para manipular materiales radiactivos están hechas con un revestimiento de acero inoxidable cóncavo y una encimera de acero inoxidable integral cóncava [43] : 40  que puede estar revestida con plomo para proteger de los rayos gamma . [21] : 230  Se recomienda trabajar con radioisótopos, independientemente del diseño de la campana, sobre almohadillas absorbentes para evitar liberaciones por derrames. [61] Las regulaciones pueden requerir que cualquier material agotado se filtre a través de un filtro HEPA o de carbón activado reemplazado regularmente para evitar la liberación ambiental de radioisótopos. [62]

Depurador

Algunas campanas extractoras de humos están equipadas con sistemas de depuración diseñados para absorber humos químicos particularmente peligrosos antes de que se escapen, ya sea por cuestiones ambientales o de seguridad del usuario. [21] : 230  El sistema de depuración está provisto de sales neutralizantes ácidas o básicas para eliminar eficazmente el producto químico objetivo utilizado en cualquier procedimiento planificado; este factor requiere un mayor nivel de mantenimiento que las campanas extractoras de humos estándar, [43] : 47  y también produce aguas residuales peligrosas . [21]

Montado en el suelo

También denominadas campanas extractoras de humos "de acceso", las campanas extractoras de humos montadas en el suelo tienen un área de trabajo que se extiende desde el suelo hasta la parte inferior de un conducto de extracción conectado para el uso de equipos altos. A pesar del nombre de "de acceso", entrar en una campana extractora de humos montada en el suelo en funcionamiento mientras contiene materiales peligrosos supone un riesgo importante para el usuario; [63] solo están destinadas a entrar para la instalación inicial del equipo. [43] : 40  Las campanas extractoras montadas en el suelo suelen estar equipadas con múltiples hojas, ya que una sola hoja larga sería anormalmente larga si se coloca para el movimiento vertical, y tienen puertas batientes que permiten el acceso a la parte inferior de la campana. [8] : 158–160 

Consumo de energía

Debido a que las campanas extractoras de humos eliminan constantemente grandes volúmenes de aire acondicionado (calentado o enfriado) de los espacios de laboratorio, son responsables del consumo de grandes cantidades de energía. Las campanas extractoras de humos son un factor importante que hace que los laboratorios consuman cuatro o cinco veces más energía que los edificios comerciales típicos, [64] y estos requisitos de energía se ven exacerbados en climas cálidos y húmedos. [65] Los costos de energía para una campana típica pueden variar de $4,600/año en Los Ángeles a $9,300/año en Singapur según las diferencias en las necesidades de refrigeración. [30] La mayor parte de la energía de la que son responsables las campanas extractoras de humos es la energía necesaria para calentar y/o enfriar el aire que se entrega al espacio de laboratorio. Los ventiladores del sistema HVAC y los ventiladores del sistema de escape de la campana extractora de humos consumen electricidad adicional. [39]

Varias universidades llevan a cabo o han llevado a cabo programas para alentar a los usuarios de laboratorio a reducir el consumo de energía de las campanas extractoras manteniendo las ventanas de ventilación controladas por aire cerradas tanto como sea posible. Por ejemplo, el Departamento de Química y Biología Química de la Universidad de Harvard llevó a cabo una campaña "Shut the Sash" ("Cierren las ventanas"), que dio como resultado una reducción sostenida de aproximadamente el 30% en las tasas de extracción de las campanas extractoras. Esto se tradujo en un ahorro de costos de aproximadamente $180.000 por año y una reducción en las emisiones anuales de gases de efecto invernadero equivalentes a 300 toneladas métricas de dióxido de carbono. [66] Varias otras instituciones informan sobre programas para reducir el consumo de energía de las campanas extractoras, entre ellas:

Hibernación

En 2020, la Universidad de Cornell buscó reducir el consumo de energía durante períodos de ocupación reducida (causada por una respuesta a la pandemia de COVID-19 ) cerrando el flujo de aire a muchos sistemas HVAC, incluidos los conectados a campanas extractoras. [80] El proceso de apagar o "hibernar" estas campanas extractoras resultó ser difícil de implementar unilateralmente en equipos de diferentes modelos y antigüedades, y solo produjo ahorros de costos significativos cuando se aplicó durante un período de más de 3 meses. [80] Las mejoras de procesos permitieron el desarrollo de equipos y programas que pueden implementar mejor los períodos de "hibernación" de las campanas extractoras, que se han implementado en varias instituciones de investigación a partir de 2024, incluida la Universidad de Alabama , [81] la Universidad de Nebraska-Lincoln , [82] y el Instituto Tecnológico de Massachusetts . [83]

Uso de sensores

La tecnología de detección de personas, como los sensores de movimiento y ocupación , puede detectar la presencia de un operador de campana dentro de una zona frente a una campana. Las señales de los sensores permiten que los controles de ventilación cambien entre los modos normal y de espera o "retroceso" que consumen menos energía. [5] : 9.H.3  Junto con otros sistemas de sensores de ocupación del espacio, [84] estas tecnologías pueden ajustar el uso de la ventilación y la iluminación para minimizar de manera efectiva el desperdicio de energía en los laboratorios. [85] Sin embargo, existen preocupaciones de seguridad con la reducción del flujo de aire en las campanas de extracción a través de señales de sensores si la guillotina se deja abierta; algunos programas combinan los principios de las campañas "Cierre la guillotina" con ventilación de flujo variable mediante el uso de tecnología para recordar activamente a los usuarios que cierren la guillotina de una campana de extracción que no esté en uso. [86] Los controles integrales en un laboratorio pueden requerir el uso de un módulo controlador de guillotina mecánico que cerrará automáticamente la guillotina y apagará la ventilación junto con los sensores de movimiento. [21] : 238  Sin embargo, incluso sin el uso de sensores y puertas mecánicas, proporcionar recordatorios a los usuarios de campanas extractoras para que cierren la puerta es más efectivo que no hacer nada. [87]

Construcción e instalación

Un trabajador construye el marco de una campana extractora de humos.

Las campanas extractoras de humos suelen estar construidas con una superestructura que encierra los diversos elementos de soporte y el revestimiento interior de la campana. Esta superestructura suele estar construida con chapa metálica, en la que se practican aberturas para permitir el acceso a los receptáculos o dispositivos eléctricos y de plomería. [88]

Las campanas extractoras de humos con conductos tienen especificaciones adicionales que exige su diseño en comparación con los modelos sin conductos. Las uniones en los conductos de extracción de metal deben estar soldadas , excepto el extremo exterior donde se coloca un ventilador o soplador. [89] : 67  Según las opciones de diseño y las capacidades de HVAC, el soplador puede instalarse dentro o encima de la campana, o puede colocarse en el punto de extracción, generalmente el techo del edificio. [16] : 652 

Las campanas extractoras de humos se instalan con la intención de minimizar la exposición a los materiales utilizados dentro del recinto; por lo tanto, suelen colocarse contra las paredes y lejos de las puertas para evitar la exposición a los remolinos en el aire causados ​​por la apertura o el cierre de una puerta. [23] Una norma EN requiere que la cara de una campana extractora de humos se instale de manera que esté al menos a 1 metro (3,3 pies) de cualquier espacio donde haya movimiento frecuente. [90]

Las normas regionales pueden exigir la implementación de precauciones adicionales y consideraciones de diseño más allá de los requisitos generales para construir una campana extractora de humos funcional. [88] Estas normas de diseño pueden recomendar consideraciones previamente reservadas para campanas especiales que mejoran la aerodinámica y la facilidad de limpieza, como esquinas cóncavas, aberturas biseladas y sumideros integrados resistentes a los ácidos . [90] [91]

Mantenimiento

Un dibujo lineal que representa a un trabajador frente a una campana extractora vista desde arriba, con flechas que muestran la dirección del flujo de aire.
El control inadecuado de la velocidad de la campana extractora y de los movimientos dentro del recinto puede crear una estela que puede exponer a los trabajadores a materiales peligrosos del interior de la campana extractora. [92] [93]

Las campanas extractoras de humos requieren un mantenimiento regular para garantizar un funcionamiento constante; esto se suma a las precauciones y medidas estándar que se toman durante las operaciones regulares e idealmente implica inspecciones diarias, periódicas y anuales: [94]

  • Las inspecciones diarias de la campana de extracción de humos implican inspecciones visuales de la misma para detectar el almacenamiento inadecuado de material y otros bloqueos visibles. El flujo de aire se suele controlar para estas inspecciones diarias colocando un trozo de papel tisú en la cara abierta de la campana de modo que se introduzca hacia adentro; si el papel tisú no se introduce hacia adentro, el escape de la campana no funciona. [95]
  • Las inspecciones periódicas del funcionamiento de las campanas extractoras requieren la medición de la velocidad de captura o frontal [a] con un anemómetro . [13] : 359  Los instrumentos especializados para medir la velocidad del viento en una campana extractora o en conductos suelen tener nombres comerciales que indican el mecanismo de medición, como "velómetro" y "vaneómetro". [13] : 61–72  Se recomienda comúnmente que la mayoría de las campanas extractoras mantengan una velocidad frontal promedio de 80 a 120 pies (24 a 37 m) por minuto para un funcionamiento seguro. [22] : 306  El número mínimo de lecturas utilizadas para determinar la velocidad frontal promedio varía según las normas ASHRAE, la más reciente de las cuales se produjo en 2016. [96] Las campanas extractoras y otros dispositivos de extracción local pueden someterse a pruebas de humo para determinar si los contaminantes que están diseñados para eliminar se capturan y extraen adecuadamente. [97] [13] : 81  Las inspecciones periódicas de las campanas extractoras también pueden incluir controles del comportamiento adecuado de los trabajadores que utilizan el dispositivo para garantizar que no estén expuestos a materiales peligrosos a través de las acciones del usuario que generen turbulencias. [93] Las campanas que no funcionan correctamente, ya sea que esto se identifique a través de una alarma en un monitor de flujo de aire o mediante pruebas periódicas de funcionamiento, no son seguras de usar y, en algunas situaciones, justifican cerrar la ventana con candado para evitar que los usuarios accedan al dispositivo para continuar trabajando. [8] [b]
  • El mantenimiento anual incluye reparaciones mecánicas (es decir, lubricación, ajuste de correas, servicio de filtros [98] ), mantenimiento según lo recomendado por el fabricante del dispositivo o actualizaciones para que el dispositivo cumpla con los estándares, [99] códigos de construcción locales o para satisfacer las necesidades específicas de los usuarios. [100] Organizaciones como los Institutos Nacionales de Salud pueden incluir textos que requieran la modernización de campanas extractoras ya instaladas en actualizaciones a sus pautas regulatorias. [101] Los cambios mecánicos en los sistemas de ventilación o en cualquier campana extractora también pueden afectar a diferentes dispositivos conectados al sistema, lo que puede justificar la inspección y validación de los dispositivos conectados después de un trabajo aparentemente no relacionado. [21] : 32.7.2 

Véase también

Notas

  1. ^ abc La velocidad frontal es la "velocidad del aire en la cara de un difusor de aire o unidad terminal de aire". [35]
  2. ^ "Se ha observado que algunas personas están tan hipnotizadas por el concepto de una capucha que siguen usando capuchas que no funcionan, contando con que les proporcionarán un nivel normal de protección. De hecho, en ocasiones ha sido necesario cerrar con candado las hojas de las capuchas para evitar esto. A menos que una capucha funcione completamente, no debería usarse". [8] : 148  

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  • Centro de recursos para campanas extractoras de humos de Lab Manager Magazine
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