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Cómo diseñar ventilación para laboratorios por Greenheck

Ventilación laboratoriosLa pandemia de COVID-19 expuso la necesidad de más información para combatir las enfermedades contagiosas. La investigación sobre sus causas, controles y curas se disparó y continúa mientras el mundo intenta protegerse contra tales virus.

por Dan Jore*

Por supuesto, los laboratorios trabajan en una variedad de proyectos además de las enfermedades contagiosas y todos necesitan diferentes niveles de protección para mantener un ambiente de trabajo seguro. Siempre existe la necesidad de una ventilación segura en el laboratorio, independientemente del tipo de investigación realizada. Sin embargo, quedan dudas cuando se trata de especificar estos sistemas de ventilación, específicamente los sistemas de extracción de laboratorio. ¿Cuál es el nivel de protección adecuado para especificar?

La respuesta es, depende. Un enfoque único para la ventilación de laboratorio no es la respuesta, ya que varía el nivel y el tipo de investigación realizada en los laboratorios. Un laboratorio de secundaria no tiene los mismos requisitos que un laboratorio que investiga enfermedades infecciosas. Afortunadamente, hay ayuda.

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ASHRAE ha compartido una publicación que ayudará. La clasificación de los niveles de diseño de laboratorio es una guía que aborda:

• Diseño y operación de laboratorios
• Interacciones con sistemas de control de flujo de aire de laboratorio (LACS) que proporcionan acondicionamiento
• Control de la calidad del aire ambiental en un laboratorio

La guía de clasificación divide los laboratorios en cinco niveles de riesgo creciente (Tabla 1) y describe el tipo de equipo y controles necesarios para cada nivel de diseño.

Los niveles de diseño de ventilación de laboratorio (LVDL) son:

Niveles de diseño de ventilación de laboratorio Potencial de generación de aire Severidad del peligro Estrategia de control Costos de construcción y operación
0 Insignificante Insignificante Ventilación por dilución Bajo
1 Insignificante Bajo (química de consumo) Puntos de dilución y ventilación de extracción local Moderao
2 Bajo Bajo a moderado Dilución y eliminación, ventilación de extracción local, campanas de extracción Alto
3 Alto Alto Dilución y eliminación, ventilación de extracción local, campanas de extracción, dispositivo especial de control de exposición (ventiladores) Muy alto
4 Muy alto Extremo Dilución y eliminación, ventilación de extracción local, campanas de extracción, dispositivo especial de control de exposición Extremo

Tabla 1

Una ilustración en muestra un laboratorio típico (Figura 1) con componentes y características de control de aire primario. La ilustración proporciona una descripción de estos elementos, por qué cada uno es importante y cómo se pueden utilizar en cada nivel de diseño.

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Classification_levels

Figura 1: representa un diagrama simplificado de un laboratorio y LACS que muestra los componentes críticos. (Imagen cortesía ASHRAE).

La guía de ASHRAE cubre todo el espectro de ventilación para laboratorios. Para simplificar, centrémonos en los elementos a considerar al diseñar el sistema de escape de laboratorio y el LVDL. Estos incluyen redundancia de ventiladores, protección de los componentes de impulsión del ventilador desde la corriente de aire, una cámara de aire de derivación y un regulador, un tipo de drive, una descarga del ventilador y altura del sistema.

Número de extractores: redundancia de ventiladores
La cantidad de ventiladores en un sistema de extracción depende de la cantidad de aire que se extrae, la recomendación de LVDL sobre la redundancia del equipo y los resultados de una evaluación de riesgos realizada durante el proceso de diseño.

El uso de un solo ventilador en laboratorios LVDL 0, 1 o 2 es aceptable y si la evaluación de riesgo del laboratorio es baja. El uso de un solo ventilador es a menudo con un escape dedicado a una sola campana o espacio.

ASHRAE LVDL 3 o 4 recomienda redundancia de equipos. La redundancia proporciona un ventilador de respaldo en caso de una falla para mantener la contención en el laboratorio. Esta recomendación es una consideración importante ya que el nivel de peligro aumenta junto con el riesgo potencial del trabajo que se realiza en la instalación.

Múltiples ventiladores ofrecen redundancia del sistema y mayores capacidades de flujo de aire del sistema cuando se combinan varias campanas. Además, varios ventiladores brindan la opción de control para configurar el funcionamiento del ventilador, lo que reduce los costos operativos cuando se monitorean los niveles de riesgo. Las tasas de ventilación para laboratorios ocupados o desocupados según ASHREA 62.1 aumentan con LVDL o por la efectividad. Si bien la seguridad es la preocupación principal, las diferentes tasas de cambio de aire (ACH) presentan una oportunidad para ahorrar en costos operativos mediante la reducción del tratamiento para suministrar aire y también el ahorro de energía del ventilador de extracción mediante el funcionamiento del ventilador por etapas.

Protección de la corriente de aire
La protección del personal está en el centro de la discusión sobre LDVL. La descarga en el aire de productos químicos o materiales peligrosos del laboratorio representa un riesgo para las personas en la azotea. Un aspecto que a veces se pasa por alto es el manejo de los componentes de la corriente de aire expuestos al realizar el mantenimiento o las reparaciones. Un sistema de ventilador con una corriente de aire sellada proporciona una cubierta protectora y una junta para los componentes de la transmisión, como el motor, el eje, los cojinetes y las poleas para proteger contra los contaminantes, pero aún dentro de la corriente de aire. Este diseño es aceptable cuando el grado de gravedad del peligro se encuentra entre insignificante y moderado, según el producto químico. El servicio puede requerir entrar en contacto con piezas que sellan los componentes de la transmisión. La alternativa a una corriente de aire sellada es aislada. Los componentes de la transmisión están completamente fuera de la corriente de aire contaminada. Dos diseños de carcasa que cuentan con una corriente de aire aislada son los diseños de carcasa bifurcada y centrífuga enrollada, lo que permite una inspección o servicio más seguro por parte del personal de mantenimiento.

Se debe usar equipo de protección personal apropiado al dar servicio a un sistema de escape de laboratorio.

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Descarga del ventilador de escape
La descarga de escape se vuelve más crítica a medida que aumenta el nivel de diseño. Se encuentran disponibles tres tipos de descarga diferentes que abordan los requisitos de nivel de diseño, aumentan la altura del sistema y producen una descarga de alta velocidad que ayuda en la dispersión de la pluma contaminada.

- Una boquilla de pluma alta: es un cono diseñado que produce velocidades de descarga más altas y aumenta la altura de la pluma del efluente de escape. La altura de la pluma efectiva, que incluye la altura del sistema de ventiladores y la altura de la pluma del efluente de escape, es importante para evitar que el efluente de escape contaminado sea reincorporado al laboratorio o a los edificios adyacentes a través de sistemas de aire de compensación o ventanas.

Una banda de viento de alta dilución de pluma: combinada con una boquilla de alta velocidad arrastra el aire exterior, diluyendo el efluente de escape y dirige la corriente de aire de escape hacia arriba lejos del edificio. La dilución proporciona niveles más bajos de concentración de contaminantes a favor del viento del sistema de escape.

- Una boquilla de geometría variable mantiene una alta velocidad de descarga en una aplicación de laboratorio de volumen variable sin pasar aire a través del regulador de aire de derivación. Los costos de energía se reducen al disminuir la velocidad del ventilador y no pasar por alto el aire exterior mientras se mantiene una elevada altura de la pluma de descarga.

Cámara de aire de derivación y amortiguador
La dilución es una estrategia de control para las cinco categorías de LVDL. Limita el riesgo de exposición dentro del laboratorio y también reduce el riesgo de contaminación del efluente de escape de descarga. La dilución tiene el precio de altas tasas de ventilación y, combinada con los laboratorios que a menudo requieren un 100% de aire exterior, es un gran gasto operativo. Este gasto es donde puede ayudar un sistema de escape con un pleno y un amortiguador de aire de derivación.

Como estrategia de control del sistema para reducir los costos operativos asociados con las tasas de dilución y las categorías de LVDL de alto nivel, muchos laboratorios utilizan un sistema de escape de volumen variable. Los sistemas de laboratorio de volumen de aire variable (VAV) ahorran costos de operación al reducir la cantidad de aire acondicionado expulsado durante los períodos en los que no se requieren altas tasas de ventilación. Los requisitos de extracción del laboratorio del edificio, como la altura efectiva de la pluma y los niveles de dilución, se mantienen durante estos períodos utilizando aire no acondicionado, del exterior del edificio, para compensar la diferencia con una compuerta de derivación y un pleno.

El porcentaje de posición abierta de las compuertas de derivación de un sistema de escape se modula para equilibrar las tasas de flujo de aire del laboratorio y también para satisfacer un flujo de aire constante a través del ventilador de extracción. La estrategia de control VAV, que incluye un pleno y un regulador de aire de derivación, reduce los gastos operativos y mantiene la seguridad del laboratorio tanto por dentro como por fuera.

Altura del sistema
La altura del sistema, incluida la altura de la pila, se menciona como un componente de los sistemas de control de laboratorio modernos en la guía ASHRAE. Es una consideración de seguridad en los sistemas de escape de laboratorio para todas las clasificaciones LVDL para proteger al personal de mantenimiento. Tanto NFPA 45 como ANSI / AIHA Z9.5 - Guía de diseño de laboratorio, recomiendan un mínimo de una altura de descarga del sistema de diez pies de alto para proteger a las personas en la plataforma del techo de inhalar o entrar en contacto con efluentes o partículas de escape contaminados.

Tipo de unidad
Los ventiladores utilizados en el escape de laboratorio utilizan uno de dos tipos de sistemas de transmisión; correa o transmisión directa. Todas las categorías de LVDL discuten las estrategias de control y redundancia para reducir los costos operativos en los laboratorios. Los costos operativos más bajos también se relacionan con la elección del tipo de transmisión utilizado en el sistema de escape.

Los sistemas de transmisión por correa tienen un motor, eje de transmisión del ventilador, cojinetes de alto rendimiento y un juego de correas y poleas. Las recomendaciones exigen que el sistema de escape de transmisión por correa utilice un mínimo de dos correas con un factor de servicio de transmisión de 2.0. Este mínimo de dos correas proporciona redundancia y confiabilidad del sistema. Si una correa se rompe, las correas restantes pueden soportar el 100% de la carga sin perder la contención en la campana de humos.

Los sistemas de transmisión directa tienen menos componentes para posibles fallas y requieren menos mantenimiento. Los ventiladores con un sistema de transmisión directa son más eficientes, eliminando pérdidas a través de las correas del ventilador, poleas y cojinetes del eje del ventilador. Si se combina con un variador de frecuencia (VFD) proporciona un ahorro potencial en los costos operativos al ajustar la velocidad del ventilador para que coincida con los flujos variables del laboratorio.

Consideraciones adicionales
Otras características también juegan un papel en la determinación del mejor sistema de escape de laboratorio con el LDVL de laboratorio correspondiente y la evaluación general de riesgos de laboratorio. Estos incluyen huella, altura total, sonido y peso.

Nota: Obtenga más información sobre los sistemas de escape de laboratorio. También puede obtener más información sobre LDVL descargando la Clasificación de niveles de diseño de laboratorio. Se puede descargar gratis en el sitio web de ASHRAE o desde TechStreet.

Dan Jore, GreenHeck* Artículo de Dan Jore, ingeniero de aplicaciones de Greenheck. Reproducido con permiso de Greenheck Fresh Air blog.

Duván Chaverra
Author: Duván Chaverra
Editor Jefe
Jefe Editorial en Latin Press, Inc,. Comunicador Social y Periodista con experiencia de más de 15 años en medios de comunicación. Apasionado por la tecnología y por esta industria. [email protected]

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