Campana extractora

Una campana extractora (a veces llamada armario de extracción o cabina de humos, que no debe confundirse con una campana extractora ) es un tipo de dispositivo de ventilación de extracción localizada diseñado para evitar que los usuarios se expongan a humos, vapores y polvos peligrosos . El dispositivo es un recinto con una ventana corrediza en un lateral que atrapa y expulsa los gases y partículas fuera del área (a través de un conducto ) o de vuelta a la habitación (a través de un sistema de filtración de aire ), y se utiliza con mayor frecuencia en entornos de laboratorio .

Las primeras campanas de extracción, construidas con madera y vidrio, se desarrollaron a principios del siglo XX para proteger a las personas de los subproductos gaseosos nocivos de las reacciones químicas . Los avances posteriores, en las décadas de 1970 y 1980, permitieron la construcción de dispositivos más eficientes con acero recubierto de polvo epoxi y laminados plásticos ignífugos . Las campanas de extracción actuales se fabrican según diversos estándares para satisfacer las necesidades de las diferentes prácticas de laboratorio. Pueden tener distintos tamaños, desde modelos de demostración lo suficientemente pequeños como para trasladarse entre ubicaciones en una isla de laboratorio hasta diseños más grandes tipo "walk-in" que pueden albergar equipos de gran tamaño. También pueden estar diseñadas para permitir la manipulación y ventilación seguras del ácido perclórico y los radionúclidos , y pueden estar equipadas con sistemas de depuración . Todas las campanas de extracción requieren mantenimiento regular para garantizar la seguridad de los usuarios.

La mayoría de las campanas extractoras están conectadas a conductos y expulsan el aire de la habitación donde están instaladas, lo que elimina constantemente el aire acondicionado y, por lo tanto, genera importantes costos de energía para laboratorios e instituciones académicas. Desde principios de la década de 2000 se han realizado investigaciones para reducir el consumo de energía asociado con las campanas extractoras, lo que ha dado lugar a avances técnicos, como campanas de volumen de aire variable, de alto rendimiento y con sensores de presencia , así como a la promoción de campañas como "Cierra la ventana", que promueven el cierre de las ventanas de las campanas extractoras que no se utilizan para reducir el volumen de aire extraído de la habitación.

Historia

La necesidad de ventilación ha sido evidente desde los inicios de la investigación y la enseñanza de la química. Algunos de los primeros enfoques para el 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 gases tóxicos. ^{[ 2 ]} Thomas Edison también utilizó el tiro de una chimenea para proporcionar ventilación en su trabajo alrededor del año 1900. ^{[ 3 ]}

En 1904, la recién construida Facultad de Química de la Universidad Técnica de Gdańsk se equipó con campanas extractoras de madera y vidrio en auditorios, varias aulas, laboratorios de estudiantes y salas para científicos. Paneles frontales de vidrio deslizantes verticales protegían de los humos y las explosiones. Cada campana extractora estaba iluminada, equipada con gas para calefacción y agua corriente con desagüe. Los subproductos gaseosos nocivos y corrosivos de las reacciones químicas se eliminaban activamente mediante el tiro natural de una chimenea. Este diseño original sigue funcionando después de más de 110 años. ^{[ 4 ]}

El primer diseño moderno conocido de "cabina de extracción" con ventanas elevables se introdujo en la Universidad de Leeds en 1923. ^{[ 3 ]} Trece años después, Labconco, ahora un fabricante destacado 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 frontal. 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 vertical 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 modernos de campanas de extracción. ^{[ 5 ]}

Las primeras campanas extractoras producidas en masa se fabricaron de diversos materiales, como piedra y vidrio, ^{[ 6 ]} muy probablemente esteatita ^{[ 7 ]} o transita , ^{[ 8 ]}^{: 153} aunque el acero inoxidable se utilizaba al menos desde la década de 1960. ^{[ 9 ]} Labconco introdujo el concepto de una campana extractora revestida con fibra de vidrio para mejorar la durabilidad y la resistencia química, ^{[ 3 ]} aunque desde la década de 1990 en adelante, la literatura recomendaba el uso de acero con recubrimiento de polvo epoxi , teflón y recubrimientos de polipropileno ^{[ 8 ]}^{: 169 en la construcción de campanas extractoras y sistemas de extracción.}^{[ 10 ]}^{[ 11 ]}

Descripción

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

Una campana extractora es típicamente un equipo grande que encierra seis lados de un área de trabajo (incluyendo una ventana o puerta móvil), cuya parte inferior suele estar ubicada a una altura de trabajo de pie (al menos de 28 a 34 pulgadas (71 a 86 cm) por encima del suelo). ^[¹¹^]^:²⁰ Las campanas extractoras se encuentran con mayor frecuencia en laboratorios que requieren el uso de materiales que pueden producir partículas nocivas , subproductos gaseosos o aerosoles de materiales peligrosos como los que se encuentran en laboratorios de biocontención . ^[¹¹^]

Existen dos tipos principales de campanas extractoras: con conductos y de recirculación (sin conductos). El principio es el mismo para ambos tipos: el aire se aspira por la parte frontal (abierta) de la cabina y se expulsa al exterior del edificio o se purifica mediante filtración y se reintroduce en 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 el aire de escape se filtra o se impide 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 de la carcasa, el diseño de los conductos y la ubicación óptima de la campana extractora en una sala. ^{[ 14 ]}^{: 5.3}^{[ 13 ]}^{: 232–268}

Las campanas extractoras de humos generalmente se colocan contra las paredes y a menudo se les colocan rellenos en la parte superior para cubrir los conductos de extracción. 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} El frente 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 mayor visibilidad al construir los lados y la parte posterior de la unidad con vidrio templado , con la intención de que varias personas puedan mirar dentro de una campana extractora de humos a la vez, aunque a menudo tienen capacidades de ventilación más deficientes. ^{[ 17 ]}^{[ 11 ]}^{: 9} Algunos modelos de demostración construidos con fines educativos son móviles, pueden transportarse entre ubicaciones o están construidos en una isla móvil y pueden ser sin conductos; ^{[ 18 ]} a menudo se construyen con restricciones menos exigentes en cuanto a la resistencia química, ^{[ 19 ]} pero ofrecen otras ventajas, como menores costos de energía. ^{[ 17 ]}

Las campanas extractoras 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 suelen seguir normas de construcción que redondean estas dimensiones al valor más cercano en pulgadas o pies . ^{[ 16 ]}^{: 503} Estos diseños pueden albergar de uno a tres operarios. Todos los diseños modernos deben estar equipados con caudalímetros de aire para garantizar el correcto funcionamiento de la campana durante su uso. ^{[ 21 ]}^{: 233}

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

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

Acero dulce con recubrimiento en polvo: El método tradicional para construir campanas extractoras es con acero dulce galvanizado. Suele ser económico, pero presenta problemas de corrosión con el tiempo y una alta huella de carbono en su fabricación. Los recubrimientos en polvo pueden ser de epoxi u otros plásticos, como el cloruro de polivinilo . ^{[ 23 ]}^{[ 24 ]}^{: 336}
Acero inoxidable : Se utiliza típicamente 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 : Un material de construcción con mayor resistencia química que algunos materiales contemporáneos. También se utiliza en salas blancas. Menor coste ^{[ 8 ]} que el acero dulce o el acero inoxidable, pero menos resistente al calor. ^{[ 5 ]}

Los fabricantes construyen las ventanas de guillotina con diversos materiales: vidrio de seguridad , vidrio templado , cloruro de polivinilo de alto impacto o plexiglás . La configuración más común es la de una ventana de guillotina que se desliza verticalmente y está contrapesada para facilitar su movimiento al usar vidrio pesado. En instalaciones que manipulan ácido fluorhídrico, se puede utilizar una ventana de policarbonato . ^{[ 8 ]}^{: 154}

Materiales de revestimiento

El interior de una campana extractora suele estar expuesto a productos químicos dañinos y temperaturas elevadas, por lo que a menudo se reviste con materiales resistentes a los productos químicos y al entorno al 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 con mayor frecuencia está hecho de resina epoxi o acero inoxidable, ^{[ 23 ]} pero una campana extractora puede estar revestida con cualquiera de los siguientes materiales: ^{[ 11 ]}

Resina fenólica ;
Plástico reforzado con fibra ;
Polipropileno;
Acero inoxidable con esquinas cuadradas para mayor durabilidad y resistencia al calor;
El acero inoxidable con esquinas redondeadas es más fácil de descontaminar y se prefiere para aplicaciones radioquímicas y de riesgo biológico; y
Tablero de cemento para uso rudo.

Paneles de control y monitorización

La mayoría de las campanas extractoras están equipadas con un panel de control alimentado por la red eléctrica y/o un dispositivo de monitorización del flujo de aire . Normalmente, 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 sonoras en las siguientes situaciones: ^{[ 28 ]}^{: 7}

El flujo de aire es demasiado alto o demasiado bajo.
Abertura demasiado grande en la parte frontal de la unidad (una alarma de "ventana alta" se produce cuando el cristal corredizo en la parte frontal de la unidad se eleva más de lo que se considera seguro, debido a la consiguiente caída de la velocidad del aire).

Algunos paneles de control permiten además accionar mecanismos dentro de la campana desde un punto central, como encender o apagar el ventilador de extracción o una luz interior. ^{[ 15 ]}

Campanas extractoras con conductos

Campana extractora con conducto — Una campana extractora con conducto

La mayoría de las campanas de extracción para uso industrial son con conductos. Existe una gran variedad de campanas de extracción con conductos. En la mayoría de los diseños, el aire acondicionado (es decir, calentado o enfriado) se extrae del laboratorio y se introduce en la campana de extracción, donde luego se dispersa a través de conductos hacia el 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 extraído al cerrarse la ventana de la campana extractora. Este producto suele complementarse con un dispositivo de cierre automático de la ventana, que la cierra cuando el usuario se aleja de la campana. ^{[ 21 ]}^{: 238} El resultado es que las campanas funcionan con el mínimo volumen de extracción cuando no hay nadie trabajando frente a ellas. ^{[ 29 ]}

Dado que una campana extractora típica en climas estadounidenses consume 3,5 veces más energía que una vivienda, ^{[ 30 ]} la reducción o minimización del volumen de extracción es estratégica para disminuir los costos energéticos de las instalaciones, así como para minimizar el impacto en la infraestructura 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 campanas extractoras pueden estar regulados para prevenir la exposición del público y los trabajadores. ^{[ 31 ]}

Aire auxiliar

Las campanas extractoras con suministro de aire auxiliar, que toman aire del exterior del edificio en lugar de tomar aire acondicionado de la habitación en la que se encuentran, 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 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 de extracción de volumen de aire constante (CAV) mantienen un volumen de aire constante dentro de la campana, independientemente de la posición de la ventana de la hoja. Esto produce cambios en la velocidad del aire dependiendo de la posición de la hoja; ^{[ 34 ]} la hoja se ajusta a una altura de trabajo apropiada para lograr una velocidad frontal adecuada. ^{[ a ]}^{[ 5 ]} En una encuesta realizada en 2010 a 247 profesionales de laboratorio, la revista Lab Manager descubrió que aproximadamente el 43 % de las campanas de extracción son campanas de extracción CAV. ^{[ 36 ]}

CAV sin bypass

El diseño más básico de una campana extractora CAV solo tiene una abertura por donde puede pasar el aire : la abertura de la hoja. ^{[ 5 ]} Cerrar la hoja en una campana CAV sin derivación aumentará la velocidad frontal (velocidad de entrada o "atracción"), ^{[ 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 la campana se cierra. 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 de flujo de aire seguros. ^{[ 37 ]}

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

Desvío de CAV

Las campanas CAV de derivación se desarrollaron para superar los problemas de alta velocidad que afectan a las campanas extractoras convencionales. ^{[ 37 ]} Estas campanas permiten que el aire sea aspirado a través de una abertura de "derivación" desde arriba a medida que se cierra la hoja. La derivación está ubicada de manera que, a medida que el usuario cierra la hoja, la abertura de derivación se agranda; cuando la hoja está completamente cerrada, el aire fluye solo a través del perfil aerodinámico debajo de la parte inferior de la ventana. ^{[ 38 ]}^{: 12} El aire que pasa a través de la campana mantiene un volumen constante sin importar dónde esté posicionada la hoja y sin cambiar la velocidad del ventilador. Como resultado, la energía consumida por las campanas extractoras 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 hoja. ^{[ 39 ]}

CAV de derivación de bajo flujo/alto rendimiento

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

Volumen de aire variable (VAV)

Las campanas VAV, las últimas generaciones de campanas de extracción de laboratorio, varían el volumen de aire ambiente extraído mientras mantienen la velocidad frontal a un nivel fijo. Las distintas campanas VAV modifican el volumen de extracción mediante diferentes métodos, como una compuerta o válvula en el conducto de extracción que se abre y cierra según la posición de la ventana, o un ventilador que cambia de 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 ventana frontal 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 VAV pueden proporcionar un ahorro energético considerable al reducir el volumen total de aire acondicionado extraído del laboratorio. Sin embargo, este ahorro depende del comportamiento del usuario: cuanto menos abiertas estén las campanas (tanto en altura como en tiempo), mayor será el ahorro energético. Un laboratorio que utilice una campana de extracción VAV con una ventana que se mantenga abierta solo durante el horario laboral ahorraría una cantidad significativa en costes energéticos 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 realizada en 2010 a 247 profesionales de laboratorio, la revista Lab Manager Magazine descubrió que aproximadamente el 12% de las campanas de extracción son campanas de extracción VAV. ^{[ 36 ]}

Campanas extractoras de humos

Las campanas extractoras de humos, también llamadas campanas de extracción, son similares a las campanas de cocina que se encuentran sobre las estufas en cocinas comerciales y algunas residenciales. Tienen solo una campana, sin cerramiento ni ventana, y están diseñadas para ventilar materiales no tóxicos como humo, vapor, calor y olores que se transportan naturalmente hacia arriba por convección . ^{[ 33 ]}^{: 145} Las campanas extractoras filtradas resistentes a productos químicos son fabricadas por proveedores selectos, ^{[ 41 ]} pero no son ideales para la seguridad del trabajador, 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 extracción para equipos grandes que serían inconvenientes de almacenar o manipular dentro de un cerramiento de campana extractora, ^{[ 42 ]} o generalmente en un área de mesa de laboratorio donde se realizan procesos que requieren ventilación adicional. ^{[ 43 ]}^{: 42–43} En una encuesta realizada en 2010 a 247 profesionales de laboratorio, la revista Lab Manager Magazine descubrió que aproximadamente el 13% de las campanas de extracción son campanas de extracción con conducto. ^{[ 36 ]}

Las campanas extractoras de tipo candelero 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 entorno circundante que las campanas extractoras cerradas, ^{[ 44 ]}^{: 25} pero requieren relativamente poco mantenimiento. ^{[ 42 ]}

Campanas extractoras sin conductos

Las campanas extractoras sin conductos, también conocidas como campanas de recirculación ^{[ 16 ]}^{: 502} o campanas autónomas, ^{[ 8 ]}^{: 160} son unidades que no extraen el aire del edificio o del entorno de trabajo. En cambio, el aire se aspira 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 (sofit) de la campana o debajo de la encimera y ser devuelto al lugar de trabajo. ^{[ 16 ]}^{: 502} Con una campana extractora sin conductos es esencial que el medio filtrante pueda eliminar el material peligroso o nocivo específico que se esté utilizando. Como se requieren diferentes filtros para diferentes materiales, las campanas extractoras de recirculación solo deben usarse cuando se conocen los riesgos 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 de extracción de humos de recirculación solo fue posible después de la invención del filtro HEPA en la década de 1940, ^{[ 3 ]} y si bien las unidades inicialmente se consideraron inadecuadas para brindar protección al trabajador contra los vapores, su diseño y rendimiento se han mejorado desde la década de 1980 en adelante. ^{[ 45 ]}

La filtración de aire de las campanas extractoras sin conductos se divide típicamente en dos segmentos: ^{[ 45 ]}

Prefiltración: Esta es la primera etapa de la filtración y consiste en una barrera física, generalmente espuma de celda abierta, que impide el paso de partículas grandes. Los filtros de este tipo suelen ser económicos y duran aproximadamente seis meses, dependiendo del uso.
Filtración principal: Tras la prefiltración, los humos se aspiran a través de una capa de carbón activado que absorbe la mayoría de las sustancias químicas que la atraviesan. Sin embargo, el amoníaco y el monóxido de carbono atraviesan la mayoría de los filtros de carbón; estos filtros suelen estar diseñados para adsorber compuestos orgánicos volátiles . ^{[ 46 ]} Se pueden añadir técnicas de filtración específicas adicionales para combatir las sustancias químicas que, de otro modo, se bombearían de nuevo a la habitación. ^{[ 47 ]}^{: 416–420}

Las ventajas de usar una campana extractora 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 cuantificables en el consumo de energía. ^{[ 17 ]} Sin embargo, la seguridad y la eficacia de las campanas sin conductos son notablemente inferiores a las de las campanas con conductos, excepto en las condiciones más restringidas. Las campanas extractoras sin conductos no son apropiadas para aplicaciones de investigación donde la actividad, y los materiales utilizados o generados, pueden cambiar o ser desconocidos. Como resultado de esto 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 ]} desaconsejan o prohíben el uso de campanas extractoras sin conductos. Además, aunque normalmente no se clasifican como tales, la forma en que se operan las cabinas de bioseguridad cuando no están conectadas a un sistema de conductos es funcionalmente la misma que la de una campana extractora sin conductos, ^{[ 47 ]}^{: 417} aunque las aplicaciones de las cabinas de bioseguridad, combinadas con la relativa dificultad de conectarlas a un sistema de extracción de edificios en comparación con una campana extractora, dan como resultado diferentes consideraciones de seguridad. ^{[ 53 ]}

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

Diseños especiales

flujo descendente

Las campanas de extracción de flujo descendente, también llamadas estaciones de trabajo de flujo descendente, son campanas 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 en las campanas de extracción tradicionales, lo que puede resultar en la exposición a riesgos dentro de la campana ^[⁵⁵^]^.

De pie

También denominadas campanas de extracción "de acceso directo", las campanas de extracción 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 directo", entrar en una campana de extracción montada en el suelo en funcionamiento mientras contiene materiales peligrosos supone un riesgo significativo para el usuario; ^{[ 56 ]} solo están diseñadas para ser utilizadas para la configuración inicial del equipo. ^{[ 43 ]}^{: 40} Las campanas montadas en el suelo suelen estar equipadas con múltiples hojas, ya que una sola hoja larga sería anormalmente larga si se colocara para movimiento vertical, y tienen puertas batientes que permiten el acceso a la parte inferior de la campana. ^{[ 8 ]}^{: 158–160}

Radioisótopo

Las campanas de extracción diseñadas para manipular materiales radiactivos están hechas con un revestimiento de acero inoxidable curvado y una encimera integral de acero inoxidable curvada ^{[ 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 fugas por derrames. ^{[ 57 ]} Las regulaciones pueden exigir que cualquier material expulsado se filtre a través de un filtro HEPA o de carbón activado que se reemplace regularmente para evitar la liberación ambiental de radioisótopos. ^{[ 58 ]}

Depurador

Algunas campanas extractoras están equipadas con sistemas de depuración diseñados para absorber vapores químicos particularmente peligrosos antes de su escape, ya sea por motivos medioambientales o de seguridad del usuario. ^{[ 21 ]}^{: 230} El sistema de depuración contiene sales neutralizantes de ácido o base para eliminar eficazmente el producto químico objetivo utilizado en cualquier procedimiento planificado; este factor requiere un mayor nivel de mantenimiento que las campanas extractoras estándar, ^{[ 43 ]}^{: 47} y también produce aguas residuales peligrosas . ^{[ 21 ]}

Lavado con agua

Las campanas de extracción diseñadas para procedimientos con ácido perclórico cuentan con un sistema de lavado con agua en los conductos y suelen estar construidas de acero inoxidable de grado marino o cloruro de polivinilo rígido , ^{[ 43 ]}^{: 36} Debido a que los densos vapores de ácido perclórico se asientan y forman cristales de perclorato altamente reactivos , los deflectores internos de la campana de extracción y los conductos deben limpiarse internamente con una serie de rociadores, ^{[ 59 ]} y todas las esquinas pueden modificarse para que sean cóncavas o redondeadas para reducir aún más la posibilidad de acumulación de cristales. Se integra un desagüe en el diseño para la eliminación de la solución de aguas residuales. ^{[ 60 ]} Este diseño fue desarrollado por primera vez por la Oficina de Minas de los Estados Unidos en 1964, ^{[ 61 ]} y a veces se le denomina "campana de digestión ácida". ^{[ 62 ]}^{[ 63 ]}

consumo de energía

Debido a que las campanas extractoras eliminan constantemente grandes volúmenes de aire acondicionado (calentado o enfriado) de los laboratorios, son responsables del consumo de grandes cantidades de energía. Las campanas extractoras son un factor importante que hace que los laboratorios sean de cuatro a cinco veces más intensivos en energía que los edificios comerciales típicos, ^{[ 64 ]} y estos requerimientos energéticos se agravan en climas cálidos y húmedos. ^{[ 65 ]} Los costos de energía para una campana típica pueden variar desde $4600/año en Los Ángeles hasta $9300/año en Singapur , según las diferencias en las necesidades de refrigeración. ^{[ 30 ]} La mayor parte de la energía que consumen las campanas extractoras es la necesaria para calentar y/o enfriar el aire que se suministra al laboratorio. Los ventiladores del sistema HVAC y los ventiladores del sistema de extracción de la campana extractora consumen electricidad adicional. ^{[ 39 ]}

Varias universidades gestionan o han gestionado programas para incentivar a los usuarios de laboratorios a reducir el consumo energético de las campanas de extracción manteniendo las ventanas de los sistemas VAV cerradas en la medida de lo posible. Por ejemplo, el Departamento de Química y Biología Química de la Universidad de Harvard llevó a cabo una campaña llamada "Cierra la ventana", que resultó en una reducción sostenida de aproximadamente el 30 % en las tasas de extracción de las campanas. Esto se tradujo en un ahorro de costes de aproximadamente 180 000 dólares al año y una reducción de las emisiones anuales de gases de efecto invernadero equivalente a 300 toneladas métricas de dióxido de carbono. ^{[ 66 ]} Otras instituciones informan sobre programas para reducir el consumo energético de las campanas de extracción, entre ellos:

Hibernación

En 2020, la Universidad de Cornell buscó reducir el consumo de energía durante los períodos de ocupación reducida (causados por la respuesta a la pandemia de COVID-19 ) cerrando el flujo de aire a muchos sistemas HVAC, incluidos los conectados a las campanas extractoras. ^{[ 80 ]} El proceso de apagar, o "hibernar", estas campanas extractoras resultó 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 en el proceso 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, incluidas 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 detectores de movimiento y los sensores de 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 "reducción" que consumen menos energía. ^{[ 5 ]}^{: 9.H.3} Junto con otros sistemas de sensores de ocupación de espacio, ^{[ 84 ]} estas tecnologías pueden ajustar el uso de ventilación e iluminación para minimizar eficazmente 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 ventana se deja abierta; algunos programas combinan los principios de las campañas "Cierre la ventana" con ventilación de flujo variable al usar tecnología para recordar activamente a los usuarios que cierren la ventana 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 ventana mecánico que cerrará automáticamente la ventana y apagará la ventilación en conjunto con sensores de movimiento. ^{[ 21 ]}^{: 238} Sin embargo, incluso sin el uso de sensores y contraventanas mecánicas, proporcionar recordatorios a los usuarios de campanas extractoras para que cierren la contraventana es más efectivo que no hacer nada. ^{[ 87 ]}

Construcción e instalación

Las campanas extractoras suelen estar construidas con una superestructura que recubre los distintos elementos de soporte y el revestimiento interior de la campana. Esta superestructura suele estar hecha de chapa metálica, a la que se le hacen perforaciones para permitir el acceso a las tuberías y a las tomas o dispositivos eléctricos. ^{[ 88 ]}

Las campanas extractoras con conductos tienen especificaciones adicionales, necesarias debido a su diseño, en comparación con los modelos sin conductos. Las juntas en los conductos de escape metálicos deben soldarse , excepto en el extremo exterior donde se ubica el ventilador o soplador. ^{[ 89 ]}^{: 67} Dependiendo de las opciones de diseño y las capacidades del sistema HVAC, el soplador puede instalarse dentro o encima de la campana, o bien, puede ubicarse en el punto de escape, generalmente en el techo del edificio. ^{[ 16 ]}^{: 652}

Las campanas extractoras se instalan con el fin de minimizar la exposición a los materiales utilizados dentro del recinto; por ello, suelen colocarse contra las paredes y lejos de las puertas para evitar la exposición a las turbulencias de aire causadas por la apertura o el cierre de una puerta. ^{[ 23 ]} Una norma EN exige que la parte frontal de una campana extractora 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 requerir la implementación de precauciones y consideraciones de diseño adicionales más allá de los requisitos generales para construir una campana extractora 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 redondeadas, aberturas biseladas y fregaderos integrados resistentes a los ácidos . ^{[ 90 ]}^{[ 91 ]}

Mantenimiento

Las campanas extractoras requieren 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 incluye inspecciones diarias, periódicas y anuales: ^{[ 94 ]}

Las inspecciones diarias de la campana extractora implican una revisión visual para detectar el almacenamiento inadecuado de materiales y otras obstrucciones visibles. El flujo de aire se suele controlar durante estas inspecciones diarias pegando un trozo de papel tisú en la abertura de la campana, de forma que se introduzca hacia adentro; si el papel no se introduce, el sistema de extracción de la campana no funciona. ^{[ 95 ]}
Las inspecciones periódicas del funcionamiento de las campanas extractoras requieren la medición de la velocidad frontal o de captura ^{[ a ]} con un anemómetro . ^{[ 13 ]}^{: 359} Los instrumentos especializados para medir la velocidad del viento en una campana extractora o en conductos suelen denominarse con nombres comerciales que indican el mecanismo de medición, como "velómetro" y "vaneómetro". ^{[ 13 ]}^{: 61–72} La mayoría de las campanas extractoras suelen recomendarse para mantener una velocidad frontal promedio de 80–120 pies (24–37 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 localizada pueden someterse a pruebas de humo para determinar si los contaminantes que están diseñados para eliminar se capturan y expulsan adecuadamente. ^[⁹⁷^]^[¹³^]^:⁸¹ Las inspecciones periódicas de campanas de extracción también pueden incluir comprobaciones 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 generan turbulencia. ^[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 a través de pruebas de funcionamiento periódicas, no son seguras para usar y, en algunas situaciones, justifican el cierre con candado de la ventana para evitar que los usuarios accedan al dispositivo para continuar trabajando. ^[⁸^]^[^b^]
El mantenimiento anual comprende reparaciones mecánicas (es decir, lubricación, ajuste de correas, mantenimiento de filtros ^{[ 98 ]} ), mantenimiento según lo recomendado por el fabricante del dispositivo o actualizaciones para que el dispositivo cumpla con las normas, ^{[ 99 ]} los códigos de construcción locales o para satisfacer las necesidades específicas de los usuarios. ^{[ 100 ]} Organizaciones como los Institutos Nacionales de Salud pueden incluir en las actualizaciones de sus directrices reglamentarias disposiciones que exigen la modernización de las campanas extractoras ya instaladas. ^{[ 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 2 3 La velocidad frontal es la "velocidad del aire en la cara de un difusor de aire o unidad terminal de aire".^{[ 35 ]}
↑ "Se ha observado que algunas personas están tan hipnotizadas por el concepto de capucha que siguen usando capuchas que no funcionan, confiando aún en que les proporcionen un nivel normal de protección. De hecho, en ocasiones ha sido necesario cerrar con candado las cintas de las capuchas para evitarlo. A menos que una capucha funcione correctamente, no debe usarse."^{[ 8 ]}^{: 148}

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