A ventilação laboratorial é um componente indispensável do projeto de laboratórios. Para evitar que o pessoal do laboratório inale ou ingira substâncias químicas e organismos tóxicos, patogênicos ou toxicologicamente desconhecidos, o laboratório deve contar com boa ventilação para preservar a saúde física e mental dos seus colaboradores. Para evitar a absorção de determinados vapores, gases e partículas (fumaça, fuligem, poeira e aerossóis), os poluentes devem ser removidos por meio de capelas de exaustão, coifas de exaustão ou ventilação local. A capela de exaustão é um dos equipamentos de segurança mais importantes do laboratório: trata-se de um meio eficaz de proteção local, que mantém os usuários e demais colaboradores afastados de reagentes químicos e outras substâncias perigosas, além de ser resistente ao fogo e a explosões.

I. Capelas de exaustão

1. Estrutura

A capela de exaustão possui estrutura dividida em parte superior e inferior: na parte superior há uma abertura de exaustão onde pode ser instalado um ventilador. O gabinete superior contém um defletor (defletor aerodinâmico), um interruptor touch de controle de circuito, tomadas elétricas, entre outros componentes; a janela de visualização é feita de vidro temperado e pode se deslocar para os lados ou para cima e para baixo para a realização de operações. O gabinete inferior segue o estilo de bancada lateral de laboratório, com uma superfície de trabalho na parte superior e o corpo do gabinete abaixo. Uma pequena cuba e uma torneira podem ser instaladas na superfície de trabalho. Ver Fig. 7-39.

As capelas de exaustão são fabricadas com diferentes tipos de estrutura: totalmente em aço, mista aço-madeira, totalmente em madeira, mista alumínio-madeira, mista aço-plástico e em PVC; a superfície de trabalho, que entra em contato direto com as amostras experimentais, geralmente é produzida em placa de resina epóxi, laminado compacto sólido (placa físico-química), aço inoxidável, PVC, cerâmica e outros materiais. Ver Fig. 7-40.

As capelas de exaustão de modelo antigo eram majoritariamente feitas de madeira, enquanto os modelos modernos são produzidos principalmente em aço revestido com epóxi. As larguras mais comuns dos gabinetes são 1200 mm, 1500 mm, 1800 mm e 2000 mm, com profundidade de 700–900 mm e altura de 1900–2400 mm. Elas podem ser utilizadas por 1 a 3 pessoas simultaneamente. Geralmente, as capelas de exaustão são instaladas encostadas em paredes.

No centro da parte frontal há uma janela transparente com movimentação vertical (geralmente de vidro), cuja altura de abertura fica normalmente entre 100–550 mm. Atrás da janela encontra-se a superfície de trabalho onde os experimentos são realizados, que conta com as conexões necessárias para as atividades, como tubulações de água, drenos, energia elétrica, bombas de vácuo e linhas de gás, além de iluminação protegida na parte superior. O ar é aspirado da parte frontal superior do interior do gabinete pelo ventilador de exaustão, e então é conduzido por dutos para outros locais (sistema chamado de ventilação de exaustão total) ou filtrado e recirculado (sistema chamado de ventilação sem dutos).

A maioria das capelas de exaustão emite um alarme quando o volume de exaustão está muito baixo ou quando a janela de vidro frontal é aberta além do limite permitido, para alertar o operador. Tanto a velocidade do ventilador de exaustão interno quanto a iluminação contam com interruptores de ajuste.

Durante o uso, o operador fica em pé ou sentado em frente ao gabinete, mantém a janela de vidro o mais baixa possível e introduz os braços no interior da capela abaixo da janela para realizar o experimento. Como o ventilador de exaustão aspira o ar para o interior através da janela aberta, em condições normais os gases perigosos não escapam em quantidades significativas.

[Figura: Fig. 7-39 Estrutura de capela de exaustão (desenho estrutural em corte; dimensões: largura de 1800 mm, profundidade de 800 mm, altura do gabinete superior de 1500 mm, altura total de 2350 mm, altura do gabinete base de 850 mm; componentes: porta de exaustão com diâmetro de 250 mm, cuba e torneira, superfície de trabalho de placa de PP branco-porcelana de 8 mm, interruptor touch, corpo do gabinete de placa de PP branco-porcelana de 8 mm, janela de visualização transparente de vidro temperado de 5 mm, porta de acesso, defletor, tomadas, alças de PP azuis, aba de contenção de derramamentos de PP, dobradiças de PP azuis, 4 pés niveladores na base do gabinete; observação: a capela de exaustão contém uma lâmpada fluorescente com protetor)]

[Figura: Fig. 7-40 Capela de exaustão totalmente em aço (fotografia do produto real)]

2. Tipos

2.1 Capela de exaustão com exaustão superior: caracteriza-se por estrutura simples e fácil fabricação, sendo adequada para aplicações que geram calor. 2.2 Capela de exaustão com fendas (ranhurada): possui fendas de exaustão na parte superior e na lateral traseira; obtém bons resultados em diversas situações, mas sua estrutura é mais complexa e a fabricação é mais trabalhosa.

2.3 Capela de exaustão com bypass: é ideal quando o laboratório precisa exaurir grandes volumes de ar interno por meio da capela, pois a troca de ar do ambiente não é afetada mesmo quando a guilhotina está totalmente fechada.

2.4 Capela de exaustão com ar auxiliar (ar de reposição): ideal para laboratórios com sistemas de ar-condicionado ou laboratórios limpos, pois ao mesmo tempo economiza energia e não afeta a organização do fluxo de ar do ambiente.

2.5 Capela de exaustão de tiragem natural: suas vantagens são: não consome energia elétrica; pode ventilar continuamente dia e noite (a taxa de troca de ar interno medida pode chegar a 6 trocas de ar por hora), beneficiando a ventilação do ambiente; não apresenta ruído nem vibração; por não possuir equipamentos mecânicos, é de fácil manutenção; construção simples e baixo custo. No entanto, seu uso é limitado por determinadas condições: não deve ser utilizada para experimentos altamente tóxicos ou experimentos que não geram calor, e em alguns ambientes é inadequada no verão.

2.6 Capela de exaustão móvel: em edifícios modernos de laboratórios, às vezes é configurado um laboratório de uso geral (salão de laboratórios) no qual as bancadas de trabalho, as capelas de exaustão integradas com pia e demais equipamentos podem ser movidos a qualquer momento e empurrados para uma sala de armazenamento adjacente quando não estiverem em uso. Essas capelas de exaustão devem ser feitas de madeira, plástico ou metal leve para facilitar a movimentação. Ver Fig. 7-41.

[Figura: Fig. 7-41 Capelas de exaustão móveis (fotografias de duas capelas de exaustão móveis)]

3. Classificação

3.1 Por Método de Exaustão

Dividem-se em três categorias: exaustão superior, exaustão inferior e exaustão combinada superior e inferior. Para garantir a velocidade uniforme do ar na zona de trabalho, deve-se utilizar exaustão inferior em capelas para processos a frio e exaustão superior em capelas para processos a quente; para processos com geração de calor instável, podem ser instaladas aberturas de exaustão tanto na parte superior quanto na inferior, com ajuste da proporção dos volumes de exaustão superior e inferior conforme varia a emissão de calor no interior da capela, obtendo assim velocidade de ar uniforme.

3.2 Por Método de Entrada de Ar

Capela de exaustão total: o ar interno entra, circula no interior da capela e depois é exaurido para o exterior — sendo chamada de tipo de exaustão total; este é um tipo muito utilizado.

Capela de exaustão com ar auxiliar (ar de reposição): quando uma capela de exaustão é instalada em um ambiente aquecido ou com controle de temperatura e umidade, para economizar energia de aquecimento e ar-condicionado, o ar de reposição é captado do exterior, circula pela capela e depois é exaurido para o exterior — sendo chamada de capela de exaustão com ar auxiliar.

Capela de exaustão de volume de ar variável (VAV): um sistema comum de volume de ar constante requer o ajuste manual do registro de lâminas fixas para regular o volume de exaustão da capela; quando o registro é ajustado em um determinado ângulo, atinge-se a velocidade de face desejada. O controle VAV altera o volume de ar por meio de um sensor instalado no registro para atingir a velocidade de face definida. Naturalmente, os sistemas padrão têm baixo custo, enquanto o VAV tem custo mais elevado e é adequado para aplicações que exigem alta precisão.

3.3 Por Configuração de Uso

Dividem-se em tipo integral com seção inferior aberta, tipo de piso, tipo de dois lados, tipo de vidro em três lados, tipo de bancada e tipo combinado (modular), além de capelas de exaustão de uso especial projetadas para experimentos radioativos, experimentos de síntese e experimentos com ácido perclórico, de acordo com as diferentes necessidades experimentais.

3.4 Por Conexão com Rede de Dutos Externa

Dividem-se em capelas de exaustão com dutos (exaustão externa) e capelas de exaustão sem dutos. Uma capela com dutos extrai os gases tóxicos e perigosos gerados durante os experimentos diretamente para o exterior por meio de dutos externos. Uma capela sem dutos adsorve os gases tóxicos e perigosos gerados durante os experimentos diretamente com um filtro de carvão ativado. Ver Fig. 7-42.

[Figura: Fig. 7-42 Capelas de exaustão sem dutos (fotografias de duas capelas de exaustão)]

3.5 Principais Funções de uma Capela de Exaustão A função mais importante de uma capela de exaustão é a sua função de exaustão. Num laboratório de química, as operações experimentais geram diversos gases nocivos, odores, humidade, bem como substâncias inflamáveis, explosivas e corrosivas. Para proteger a segurança dos utilizadores e evitar que os poluentes experimentais se espalhem pelo laboratório, é necessário utilizar uma capela de exaustão junto à fonte de poluição. Antigamente, as capelas de exaustão eram utilizadas em pequeno número, apenas em experiências com gases especialmente perigosos e de risco e naquelas que geravam grandes quantidades de calor; a capela de exaustão apenas exercia uma função auxiliar face à bancada de laboratório. Com o objetivo de melhorar o ambiente experimental, as experiências anteriormente realizadas em bancadas abertas foram gradualmente transferidas para capelas de exaustão, o que exige que a capela de exaustão disponha de funções mais adequadas aos equipamentos utilizados. Em particular, a maioria dos laboratórios recém-construídos requer ar condicionado, pelo que o número de capelas de exaustão deve ser incluído no plano do sistema de ar condicionado na fase preliminar de projeto do edifício. Dado que a capela de exaustão ocupa uma posição muito importante nos laboratórios de bioquímica, o número de unidades em utilização aumentou drasticamente com vista a melhorar o ambiente do laboratório, as condições de higiene ocupacional e a aumentar a eficiência do trabalho. Paralelamente, os dutos de ventilação, as tubagens, a cablagem e a exaustão tornaram-se todos temas importantes na construção de laboratórios.

O objetivo principal da utilização de uma capela de exaustão é extrair os gases perigosos gerados nas experiências e proteger a saúde do pessoal do laboratório — ou seja, proporcionar um elevado nível de segurança e uma operacionalidade superior. Isto exige que a capela de exaustão disponha das seguintes funções:

Função de libertação: deve existir um mecanismo que dilua os gases perigosos gerados no interior da capela de exaustão através da entrada de ar do exterior da capela e os exauste para o exterior.

Função anti-retorno: deve evitar que o fluxo de ar gerado pelo ventilador de exaustão transporte gases perigosos do interior da capela de exaustão de volta para a sala. Para garantir esta função, o melhor método é ligar uma capela de exaustão a um ventilador de exaustão através de um duto dedicado único; quando não for possível uma ligação por duto único, apenas podem ser ligadas em paralelo as capelas situadas no mesmo piso e na mesma sala, e o ventilador de exaustão deve ser instalado na extremidade do duto (ou no telhado), sempre que possível.

Função de isolamento: na parte frontal da capela de exaustão deve existir uma janela de observação em vidro antiderrapante que separe o interior e o exterior da capela.

Função de compensação (reabastecimento): deve existir um canal ou dispositivo alternativo que aspire ar do exterior da capela de exaustão enquanto os gases perigosos são exauridos.

Função de controlo da velocidade superficial: para evitar que os gases perigosos escapem da capela de exaustão, é necessária uma determinada velocidade de entrada de ar. Os fatores que determinam a velocidade de entrada de ar da capela de exaustão são o calor gerado pelo conteúdo experimental e a sua relação com a taxa de renovação de ar; os fatores principais são o conteúdo experimental e a natureza das substâncias perigosas. As normas nacionais estipulam uma velocidade superficial da capela de exaustão de 0,5 m/s ± 10%. Para garantir esta velocidade, o ventilador de exaustão deve dispor da pressão estática necessária — ou seja, a resistência por fricção do ar ao percorrer os dutos de ventilação. Ao determinar a velocidade, o ruído também deve ser considerado: a velocidade do ar no interior do duto deve ser limitada a 7–10 m/s; acima de 10 m/s é gerado ruído. O limite de ruído habitual para laboratórios (nível de ruído de fundo interior) é de 70 dBA; o aumento da área da secção transversal do duto reduz a velocidade e, por conseguinte, o ruído. Tendo em conta os custos dos dutos e os condicionalismos de construção, a potência dos dutos e do ventilador de exaustão deve ser selecionada criteriosamente. Resistência à corrosão por calor, ácidos e álcalis: algumas capelas de exaustão precisam acomodar fornos elétricos, e alguns experimentos geram grandes quantidades de gases tóxicos e perigosos altamente corrosivos, como ácidos e álcalis. A bancada de trabalho, o revestimento interno, os painéis laterais da capela de exaustão e os acessórios de água e gás selecionados devem ser todos resistentes à corrosão. Quando ácidos fortes como ácido sulfúrico, ácido nítrico e ácido fluorídrico são utilizados na indústria de semicondutores ou em experimentos corrosivos, todo o material da capela de exaustão deve ser resistente a ácidos e álcalis, geralmente feito de aço inoxidável, PVC ou PP.

4. Segurança

A segurança é a principal missão perseguida por uma capela de exaustão; o uso de uma capela de exaustão no laboratório tem como objetivo garantir a segurança do usuário e evitar a contaminação do ambiente ao redor.

4.1 Uma estrutura de exaustão com ranhuras exaure efetivamente os gases perigosos.

4.2 Uma alça aerodinâmica com uma folga entre a alça e o vidro; como o fluxo de ar sobre a bancada de trabalho é rotacional, garante-se uma entrada de ar eficaz.

4.3 Pino antiqueda da janela de vidro: se o cabo de aço romper e a janela de vidro cair inesperadamente, o pino antiqueda a retém, evitando ferimentos ao pessoal.

4.4 A janela de vidro é feita de vidro temperado; mesmo que o vidro se quebre ou se estilhace acidentalmente, não ocorrerão acidentes com ferimentos.

4.5 São previstas aberturas de ventilação na parte superior da capela de exaustão, para que o ar possa entrar mesmo quando a janela de vidro estiver fechada, evitando pressão negativa excessiva.

4.6 A carcaça da capela de exaustão é feita de metal — à prova de fogo e incombustível. O revestimento interno utiliza materiais retardantes de chama ou incombustíveis, como laminado compacto ou aço inoxidável, e a bancada de trabalho utiliza laminado compacto sólido ou aço inoxidável para resistência a ácidos/álcalis, resistência ao calor e retardamento de chama.

4.7 A altura útil da janela de vidro é de 800 mm, a cavidade interna tem 1200 mm e a altura da bancada de trabalho é de 800 mm — ergonômico, conveniente para operar, com amplo espaço utilizável e segurança aprimorada.

4.8 Os acessórios de água e gás possuem alças de operação remota fora do gabinete, o que é mais conveniente e seguro do que a operação manual direta.

5. Precauções

5.1 Antes de iniciar um experimento, confirme que a capela de exaustão está em funcionamento antes de realizar as operações experimentais.

5.2 Antes de encerrar um experimento, a capela deve continuar funcionando por pelo menos mais 5 minutos antes de o ventilador ser desligado, para exaurir os gases residuais no duto. Também pode ser considerada a instalação de um relé de retardo de exaustão para garantir o funcionamento retardado do ventilador.

5.3 Durante os experimentos, não coloque nenhum equipamento a menos de 150 mm da janela de vidro; equipamentos experimentais de grande porte precisam de amplo espaço e não devem obstruir o fluxo de ar; a janela frontal deve ser mantida o mais fechada possível durante o uso.

II. Braços de Extração Articulados (Capelas de Exaustão Universais)

O braço de extração articulado é principalmente um dispositivo para exaurir rapidamente poeira em pequena escala, ar quente, gases voláteis, gases perigosos e outras pequenas partículas de matéria suspensa ou gases gerados durante experimentos ou processos de produção; ele pode extrair completamente todos os gases perigosos e é um dos equipamentos de segurança indispensáveis no laboratório.

[Figura: Fig. 7-43 Braço de extração articulado de junta simples]

[Figura: Fig. 7-44 Braço de extração articulado de junta dupla]

[Figura: Fig. 7-45 Braço de extração articulado de junta tripla]

[Figura: Fig. 7-46 Braço de extração montado na parede]