La ventilación del laboratorio es un componente indispensable del diseño de los laboratorios. Para evitar que el personal del laboratorio inhale o ingiera sustancias químicas y organismos tóxicos, patógenos o de toxicidad desconocida, el laboratorio debe contar con una buena ventilación que proteja la salud física y mental de su personal. Para evitar la absorción de determinados vapores, gases y partículas (humo, hollín, polvo y aerosoles), los contaminantes deben eliminarse mediante campanas extractoras de humos, campanas de extracción o sistemas de ventilación local. La campana extractora de humos es uno de los equipos de seguridad más importantes del laboratorio: constituye un medio eficaz de protección local, que mantiene a los usuarios y al resto del personal del laboratorio alejados de los reactivos químicos y otras sustancias peligrosas, además de ser ignífuga y antideflagrante.

I. Campanas extractoras de humos

1. Estructura

Las campanas extractoras de humos presentan una estructura dividida en parte superior e inferior: en la zona más alta cuentan con una abertura de extracción donde se puede instalar un ventilador. El armario superior alberga un deflector (desviador de aire tipo perfil aerodinámico), un interruptor táctil de control de circuitos, tomas de corriente, etc.; la ventana de visión está fabricada en vidrio templado y puede desplazarse horizontal o verticalmente para facilitar la operación. El armario inferior tiene el estilo de una mesa lateral de laboratorio, con una superficie de trabajo en la parte superior y el cuerpo del armario debajo. Sobre la superficie de trabajo se pueden instalar un fregadero pequeño y un grifo. Véase la Figura 7-39.

Las campanas extractoras de humos se fabrican con distintos materiales: estructura totalmente de acero, acero-madera, totalmente de madera, aluminio-madera, acero plástico y PVC; la superficie de trabajo, que entra en contacto directo con las muestras experimentales, suele estar fabricada en tablero de resina epoxi, laminado compacto sólido (tablero fisicoquímico), acero inoxidable, PVC, cerámica y otros materiales. Véase la Figura 7-40.

Las campanas extractoras de humos de estilo antiguo estaban fabricadas mayoritariamente en madera, mientras que las modernas se fabrican principalmente en acero recubierto de epoxi. Los anchos de armario más habituales son 1200 mm, 1500 mm, 1800 mm y 2000 mm, con una profundidad de 700–900 mm y una altura de 1900–2400 mm. Pueden ser utilizadas por entre 1 y 3 personas de forma simultánea. Generalmente se instalan pegadas a la pared.

En el centro de la parte frontal se encuentra una ventana transparente desplazable verticalmente (generalmente de vidrio), cuya altura de apertura suele situarse entre los 100 y los 550 mm. Detrás de la ventana se halla la superficie de trabajo donde se realizan los experimentos, que cuenta con las conexiones necesarias para las prácticas: tuberías de agua, desagües, suministro eléctrico, bombas de vacío y conductos de gas, además de iluminación protegida en la parte superior. El ventilador de extracción aspira el aire de la parte frontal superior del interior del armario, que posteriormente se conduce a otro lugar (sistema denominado ventilación de extracción total) o se filtra y recircula (sistema denominado ventilación sin conductos).

La mayoría de las campanas extractoras de humos emiten una alarma cuando el volumen de extracción es demasiado bajo o cuando la ventana de vidrio frontal se abre más de la cuenta, para alertar al operario. Tanto la velocidad del ventilador de extracción interno como la iluminación cuentan con interruptores ajustables.

Durante su uso, el operario se sitúa de pie o sentado frente al armario, mantiene la ventana de vidrio lo más baja posible y introduce las manos por debajo de esta en el interior del armario para realizar el experimento. Dado que el ventilador de extracción aspira el aire hacia el interior a través de la ventana abierta, en condiciones normales los gases peligrosos no se escapan en cantidades importantes.

[Figura: Fig. 7-39 Estructura de la campana extractora de humos (plano estructural seccionado; dimensiones: ancho 1800 mm, profundidad 800 mm, altura del armario superior 1500 mm, altura total 2350 mm, altura del armario base 850 mm; componentes: puerto de extracción de 250 mm de diámetro, fregadero y grifo, superficie de trabajo de tablero de PP blanco porcelana de 8 mm, interruptor táctil, cuerpo del armario de tablero de PP blanco porcelana de 8 mm, ventana de visión transparente de vidrio templado de 5 mm, puerta de acceso, deflector, tomas de corriente, asas de PP azules, borde de contención de derrames de PP, bisagras de PP azules, 4 patas niveladoras en la base del armario; nota: la campana extractora de humos incorpora una lámpara fluorescente con pantalla protectora)]

[Figura: Fig. 7-40 Campana extractora de humos totalmente de acero (fotografía del producto real)]

2. Tipos

2.1 Campana extractora de humos de extracción superior: se caracteriza por su estructura sencilla y fácil fabricación; es adecuada para aplicaciones que generan calor. 2.2 Campana de humos de ranuras (ranurada): las ranuras de extracción se disponen en la parte superior y en la pared trasera; ofrece buenos resultados en diversas situaciones, pero su estructura es más compleja y su fabricación más laboriosa.

2.3 Campana de humos de derivación: es ideal cuando el laboratorio necesita extraer grandes volúmenes de aire interior a través de la campana, ya que el intercambio de aire de la estancia no se ve afectado incluso cuando la compuerta de guillotina está completamente cerrada.

2.4 Campana de humos de aire auxiliar (aire de reposición): es ideal para laboratorios con sistemas de aire acondicionado o laboratorios limpios, ya que permite ahorrar energía y no afecta a la organización del flujo de aire de la estancia.

2.5 Campana de humos de tiro natural: sus ventajas son: no consume electricidad; puede ventilar de forma continua día y noche (el intercambio de aire interior medido puede alcanzar 6 renovaciones de aire por hora), lo que beneficia la ventilación de la estancia; no genera ruido ni vibraciones; al no contar con equipos mecánicos, es fácil de mantener; su construcción es sencilla y su costo es bajo. Sin embargo, su uso está limitado por ciertas condiciones: no debe utilizarse para experimentos altamente tóxicos ni experimentos que no generen calor, y en algunas estancias no es adecuada en verano.

2.6 Campana de humos móvil: en los edificios de laboratorios modernos, a veces se configura un laboratorio de uso general (nave de laboratorios) en el que las mesas de trabajo de laboratorio, las campanas de humos integradas con fregadero y demás equipos pueden moverse en cualquier momento y trasladarse a un almacén adyacente cuando no se utilizan. Este tipo de campanas de humos deben fabricarse con madera, plástico o metal ligero para facilitar su desplazamiento. Véase la Fig. 7-41.

[Figura: Fig. 7-41 Campanas de humos móviles (fotografías de dos campanas de humos móviles)]

3. Clasificación

3.1 Según el método de extracción

Se dividen en tres categorías: extracción superior, extracción inferior y extracción combinada superior e inferior. Para garantizar una velocidad de aire uniforme en la zona de trabajo, se debe utilizar la extracción inferior en las campanas para procesos en frío y la extracción superior en las campanas para procesos en caliente; para procesos con generación de calor inestable, se pueden instalar aberturas de extracción tanto en la parte superior como en la inferior, ajustando la proporción de los caudales de extracción superior e inferior según varíe la emisión de calor en el interior de la campana, logrando así una velocidad de aire uniforme.

3.2 Según el método de admisión de aire

Campana de humos de extracción total: el aire interior entra en la campana, circula por su interior y posteriormente se extrae al exterior; se denomina tipo de extracción total y es un tipo muy utilizado.

Campana de humos de aire auxiliar (aire de reposición): cuando se instala una campana de humos en una estancia con calefacción o control de temperatura y humedad, para ahorrar energía de calefacción y aire acondicionado, se toma aire de reposición del exterior, se hace circular por la campana y posteriormente se extrae al exterior; este tipo se denomina campana de aire auxiliar.

Campana de humos de caudal de aire variable (VAV): un sistema ordinario de caudal de aire constante requiere ajustar manualmente la compuerta de láminas fijas para regular el caudal de extracción de la campana; cuando la compuerta se ajusta a un ángulo determinado, se alcanza la velocidad frontal deseada. El control VAV modifica el caudal de aire mediante un sensor instalado en la compuerta para alcanzar la velocidad frontal establecida. Los sistemas estándar, por supuesto, tienen un costo bajo, mientras que los sistemas VAV son más costosos y son adecuados para aplicaciones que requieren alta precisión.

3.3 Según la configuración de uso

Se dividen en tipo integral con sección inferior abierta, tipo de suelo, tipo de dos caras, tipo de vidrio de tres caras, tipo de sobremesa y tipo combinado (modular), además de campanas de humos de uso especial diseñadas para experimentos radiactivos, experimentos de síntesis y experimentos con ácido perclórico, según las distintas necesidades experimentales.

3.4 Según si se conecta a una red de conductos externos

Se dividen en campanas de humos con conductos (de extracción externa) y campanas de humos sin conductos. Una campana con conductos extrae los gases tóxicos y peligrosos generados durante los experimentos directamente al exterior a través de conductos externos. Una campana sin conductos adsorbe los gases tóxicos y peligrosos generados durante los experimentos directamente mediante un filtro de carbón activado. Véase la Fig. 7-42.

[Figura: Fig. 7-42 Campanas de humos sin conductos (fotografías de dos campanas de humos)]

3.5 Funciones principales de una campana de humos La función más importante de una campana de extracción de gases es su función de extracción. En un laboratorio de química, las operaciones experimentales generan diversos gases nocivos, olores, humedad y sustancias inflamables, explosivas y corrosivas. Para proteger la seguridad de los usuarios y evitar que los contaminantes procedentes de los experimentos se propaguen por el laboratorio, debe utilizarse una campana de extracción cerca de la fuente de contaminación. Antiguamente, las campanas de extracción se empleaban en poca cantidad, solo para experimentos con gases especialmente peligrosos y de alto riesgo, así como para aquellos que generaban grandes volúmenes de calor; la campana de extracción solo cumplía una función auxiliar respecto al banco de laboratorio. Con el objetivo de mejorar el entorno experimental, las pruebas que antes se realizaban en bancos abiertos se han trasladado gradualmente al interior de las campanas de extracción, lo que exige que estas cuenten con funciones adaptadas a los equipos utilizados. En particular, la mayoría de los laboratorios de nueva construcción requieren aire acondicionado, por lo que el número de campanas de extracción debe incluirse en el plan del sistema de aire acondicionado en la etapa preliminar de diseño del edificio. Dado que la campana de extracción ocupa una posición muy importante en el laboratorio bioquímico, la cantidad de unidades en uso ha aumentado drásticamente con el fin de mejorar el entorno del laboratorio, las condiciones de higiene ocupacional y la eficiencia del trabajo. Paralelamente, los conductos de ventilación, las tuberías, el cableado y el sistema de extracción de aire se han convertido en temas importantes en la construcción de laboratorios.

El propósito principal de utilizar una campana de extracción es expulsar los gases peligrosos generados en los experimentos y proteger la salud del personal del laboratorio, es decir, proporcionar un alto grado de seguridad y una operatividad superior. Esto exige que la campana de extracción cuente con las siguientes funciones:

Función de liberación: debe existir un mecanismo que diluya los gases peligrosos generados en el interior de la campana al aspirar aire del exterior de la misma y los expulse al exterior.

Función antirretorno: debe evitar que el flujo de aire generado por el ventilador de extracción haga que los gases peligrosos del interior de la campana regresen a la sala. Para garantizar esta función, el mejor método consiste en conectar cada campana de extracción a un ventilador de extracción mediante un conducto exclusivo individual; cuando no sea posible realizar una conexión de conducto único, solo podrán conectarse en paralelo las campanas ubicadas en la misma planta y en la misma sala, y el ventilador de extracción deberá instalarse en el extremo del conducto (o en la azotea) siempre que sea posible.

Función de aislamiento: en la parte frontal de la campana de extracción debe haber una ventana de visualización de vidrio antideslizante que separe el interior y el exterior de la campana.

Función de reposición de aire (reabastecimiento): debe existir un conducto o dispositivo alternativo que aspire aire del exterior de la campana mientras se expulsan los gases peligrosos.

Función de control de velocidad frontal: para evitar que los gases peligrosos se escapen de la campana de extracción, se requiere una determinada velocidad de entrada de aire. Los factores que determinan la velocidad de entrada de aire de la campana son el calor generado por el contenido experimental y su relación con la tasa de renovación de aire; los factores principales son el contenido del experimento y la naturaleza de las sustancias peligrosas. Las normativas nacionales estipulan que la velocidad frontal de la campana de extracción debe ser de 0,5 m/s ± 10 %. Para garantizar esta velocidad, el ventilador de extracción debe contar con la presión estática necesaria, es decir, la resistencia por fricción del aire al atravesar los conductos de ventilación. Al determinar la velocidad, también se debe tener en cuenta el ruido: la velocidad del aire en el interior del conducto debe limitarse a un rango de 7 a 10 m/s; por encima de 10 m/s se genera ruido. El límite de ruido habitual para los laboratorios (nivel de ruido de fondo en interiores) es de 70 dBA; al aumentar el área transversal del conducto se reduce la velocidad y, por consiguiente, el ruido. Teniendo en cuenta los costes de los conductos y los condicionantes de construcción, la potencia del sistema de conductos y del ventilador de extracción debe elegirse cuidadosamente. Resistencia al calor y a la corrosión por ácidos y álcalis: algunas campanas de humos deben alojar hornos eléctricos, y algunos experimentos generan grandes cantidades de gases tóxicos y peligrosos altamente corrosivos, como ácidos y álcalis. La superficie de trabajo, el revestimiento interior, los paneles laterales de la campana de humos, así como los accesorios de agua y gas seleccionados, deben ser todos resistentes a la corrosión. Cuando se utilizan ácidos fuertes como el ácido sulfúrico, el ácido nítrico y el ácido fluorhídrico en la industria de semiconductores o en experimentos corrosivos, todo el material de la campana de humos debe ser resistente a ácidos y álcalis, y generalmente se fabrica de acero inoxidable, PVC o PP.

4. Seguridad

La seguridad es la misión primordial que persigue una campana de humos; el uso de este equipo en el laboratorio tiene como objetivo central garantizar la seguridad del usuario y evitar la contaminación del entorno circundante.

4.1 Una estructura de extracción ranurada evacúa eficazmente los gases peligrosos.

4.2 Un tirador aerodinámico con un espacio entre el tirador y el vidrio; dado que el flujo de aire sobre la superficie de trabajo es rotacional, se garantiza una entrada de aire eficaz.

4.3 Un pasador anti-caída para la ventana corredera: si el cable de acero se rompe y la ventana corredera de vidrio cae inesperadamente, el pasador anti-caída la detiene, evitando lesiones al personal.

4.4 La ventana corredera de vidrio está fabricada de vidrio templado; incluso si el vidrio se rompe o se hace añicos accidentalmente, no se producirán accidentes por lesiones.

4.5 Se disponen aberturas de ventilación en la parte superior de la campana de humos, de modo que el aire pueda entrar incluso cuando la ventana corredera de vidrio esté cerrada, evitando una presión negativa excesiva.

4.6 La carcasa de la campana de humos está fabricada de metal: es ignífuga e incombustible. El revestimiento interior utiliza materiales retardantes de llama o incombustibles, como el laminado compacto o el acero inoxidable, y la superficie de trabajo emplea laminado compacto sólido o acero inoxidable para conseguir resistencia a ácidos y álcalis, resistencia al calor y propiedades retardantes de llama.

4.7 La altura útil de la ventana corredera de vidrio es de 800 mm, la cavidad interior mide 1200 mm y la altura de la superficie de trabajo es de 800 mm: es un diseño ergonómico, cómodo de operar, cuenta con un amplio espacio utilizable y mejora la seguridad.

4.8 Los accesorios de agua y gas cuentan con tiradores de operación remota fuera del armario, lo que es más cómodo y seguro que la manipulación manual directa.

5. Precauciones

5.1 Antes de iniciar un experimento, confirme que la campana de humos esté en funcionamiento antes de realizar las operaciones experimentales.

5.2 Antes de finalizar un experimento, la campana debe seguir funcionando durante al menos 5 minutos más antes de apagar el ventilador, para evacuar los gases residuales del conducto. También se puede considerar la instalación de un relé de retardo de extracción para garantizar el funcionamiento retardado del ventilador.

5.3 Durante los experimentos, no coloque ningún equipo a menos de 150 mm de la ventana corredera de vidrio; los equipos experimentales de gran tamaño requieren un espacio amplio y no deben obstruir el flujo de aire; la ventana corredera frontal debe mantenerse lo más cerrada posible durante el uso.

II. Brazos de extracción articulados (Campanas de extracción universales)

El brazo de extracción articulado es principalmente un dispositivo para evacuar rápidamente el polvo a pequeña escala, el aire caliente, los gases volátiles, los gases peligrosos y otras materias particuladas suspendidas de pequeño tamaño o gases generados durante los experimentos o procesos de producción; puede extraer completamente todos los gases peligrosos y es uno de los equipos de seguridad indispensables en el laboratorio.

[Figura: Fig. 7-43 Brazo de extracción articulado de una sola articulación]

[Figura: Fig. 7-44 Brazo de extracción articulado de doble articulación]

[Figura: Fig. 7-45 Brazo de extracción articulado de triple articulación]

[Figura: Fig. 7-46 Brazo de extracción montado en la pared]