Ventilación en el Laboratorio

Acondicionamiento ambiental del laboratorio

El propósito del acondicionamiento del aire es obtener una situación de confort termohigrométrico para el personal ubicado en un área, salvo en aquellas situaciones que requieran determinadas condiciones de temperatura o humedad, en cuyo caso estos parámetros vendrán fijados por criterios diferentes al confort. El ambiente general del laboratorio puede ser acondicionado actuando sobre la temperatura, la humedad relativa, el índice de ventilación y la humedad del aire, teniendo en cuenta los condicionantes propios del laboratorio. En el caso en que el laboratorio se halle integrado en un edificio y comparta con otras instalaciones un sistema general de aire acondicionado, a la propia dificultad de acondicionar adecuadamente el laboratorio, se añaden otros problemas: la propagación de un posible incendio y la dispersión de contaminaciones residuales del laboratorio hacia instalaciones anexas.

Por todo ello, la recomendación básica al diseñar un sistema de acondicionamiento para un laboratorio, es que tal sistema sea independiente y exclusivo. Partiendo de esta base, y sin entrar en detalles de cálculo ni constructivos, se comentan algunos aspectos que deben ser tenidos en cuenta en el proyecto.

Características específicas del laboratorio

El proyecto del acondicionamiento ambiental para el laboratorio debe considerar ciertas peculiaridades que han de influir notablemente en el diseño de los sistemas. Las más relevantes en este sentido son las posibles situaciones termohigrométricas generadas por la propia actividad del laboratorio, los focos de calor existentes los sistemas de extracción localizada de contaminantes, la posible contaminación química y la existencia de áreas de actividades específicas.

Situaciones termohigrométricas

En principio, las situaciones más apartadas del confort termohigrométrico que pueden plantearse en los laboratorios vendrán determinadas por las condiciones externas y por determinadas instalaciones propias, tales como focos de calor o instalaciones frigoríficas. Las condiciones más inconfortables suelen presentarse en épocas estivales, durante la realización de ciertas tareas o técnicas que impliquen la utilización de focos de calor directos o indirectos. Estas situaciones provocarán el manifiesto disconfort del operador y una mayor predisposición a los errores. Por otro lado, unas condiciones térmicas sensiblemente apartadas de las «normales» pueden ser el origen de errores metodológicos.

No son frecuentes las situaciones de disconfort creadas por bajas temperaturas en épocas invernales, puesto que, aunque se carezca de sistemas acondicionadores, siempre estarán presentes algunos elementos o aparatos calefactores. En estos casos es necesario llamar la atención sobre los riesgos de incendio, explosión y contactos eléctricos que pueden introducir en el laboratorio las unidades eléctricas de calefacción, desaconsejándolas absolutamente.

Por otra parte, si el laboratorio dispone de recintos frigoríficos para conservar o almacenar muestras o materiales, el personal pasará bruscamente de situaciones termohigrométricas convencionales a otras que pueden alcanzar varios grados por debajo de cero. En tales casos, además del lógico equipamiento mediante prendas de abrigo, es conveniente que el área inmediata al acceso de estas instalaciones frigoríficas, se encuentre en situación de adaptación termohigrométrica.

Focos de calor

El sistema de aire acondicionado deberá ser capaz de disipar eficazmente la energía liberada por los distintos focos de calor existentes en el laboratorio: estufas, autoclaves, muflas, mecheros, placas, baños y mantas calefactoras, motores, etc., además de los instrumentos analíticos que trabajen a temperatura elevada, como pueden ser espectrofotómetros de absorción atómica, cromatógrafos de gases, etc.

Sistemas de extracción

Los sistemas de extracción localizada del laboratorio (vitrinas de gases, cabinas de seguridad biológica, campanas), retiran al exterior un considerable volumen de aire, que es sustraído directamente del propio laboratorio. Son muy considerables las pérdidas de energía (calor en invierno y frío en verano) que provocan las mencionadas extracciones, debiéndose prever, en el proyecto del acondicionamiento de aire, los suministros adicionales de aire tratado que compensen tales pérdidas.

Contaminación química

Como ya se indicara con anterioridad, deberá resolverse previa y satisfactoriamente todo tipo de contaminación generada en el laboratorio, si se pretenden mantener las prestaciones del futuro sistema de acondicionamiento de aire. En efecto, si en el laboratorio se presentan episodios de contaminación no resueltos por los sistemas de extracción localizada existentes, se recurre a extractores implantados en muros o ventanas, o bien a la apertura de éstas e incluso de las puertas. Además de lo dudoso e inadecuado de tales recursos, se produciría la descompensación del sistema acondicionador así como una posible contaminación de zonas anexas.

áreas específicas

Dependiendo del tamaño del laboratorio y de sus líneas de trabajo, es frecuente encontrar distintas zonas o áreas especializadas en diversas actividades: sala de balanzas, de instrumental, zona común, zonas «limpias», almacén, etc.. Es obvio que todas estas áreas específicas no requieren las mismas exigencias. Si además se cuenta con zonas específicamente dedicadas a estufas, baños de agua, ataques en caliente, u otras actividades que requieran fuertes aportes energéticos, el acondicionamiento de semejantes áreas deberá presentar especiales características.

Los aspectos recién expuestos deberán orientar las especificaciones más rigurosas en el proyecto del sistema acondicionador. Será necesario pues, un conocimiento detallado de todos y cada uno de los aspectos mencionados, además de prever futuras necesidades dentro de un orden razonable.

Planteamiento general del sistema de aire acondicionado de un laboratorio

La función del sistema acondicionador es crear un clima interior artificial, modificando los parámetros que, a consecuencia de las condiciones externas y las energéticas del interior, acabarían imponiéndose en el laboratorio.

Por todo lo expuesto en el apartado anterior, el sistema de aire acondicionado debe ser capaz de disipar la energía desprendida en las distintas áreas del laboratorio, de generar y mantener un clima adecuado en cada una de ellas, y, finalmente, de compensar con aire limpio y tratado, todo el volumen de aire retirado por los sistemas extractores.

Siempre desde el punto de vista del acondicionamiento del aire, puntualizando aspectos ya contemplados y considerando ciertas circunstancias habituales del laboratorio -que ya deberá tener controlados los posibles riesgos químicos y biológicos-, éste presentaría definitivamente las siguientes características:

• Habitualmente, bajo nivel de ocupación de personal.

• Elevado número de equipos generadores de calor.

• Parte de los equipos generan más calor latente que sensible.

• Bajo índice de utilización simultánea de equipos.

• Elevado volumen de aire evacuado por las extracciones.

• áreas en las que debe limitarse el movimiento de aire.

• Zonas de diferente exigencia.

• Posible existencia de zonas «limpias».

Si se tienen en cuenta estos puntos, y reiterando que el sistema de aire acondicionado del laboratorio debe ser independiente del sistema general del edificio, se concluirá lo siguiente: en la mayor parte de los casos, el adecuado tratamiento de las condiciones termohigrométricas en el laboratorio exigirá la instalación de unidades climatizadoras independientes, al menos en determinadas zonas. Estas unidades independientes deberán conectarse a termostatos, de modo que puedan entrar en funcionamiento «a demanda», lo cual procurará un ambiente adecuado, a un coste razonable, aun en zonas problemáticas. Por ello, si el laboratorio se encuentra sectorizado, aunque sea parcialmente, se facilitará considerablemente el tratamiento particularizado de las distintas zonas. También es útil disponer de unidades independientes para mantener unos mínimos de climatización cuando no se encuentre en funcionamiento el sistema general del laboratorio (por ejemplo, fuera del horario laboral).

Disipación de energía

Para el cálculo de la disipación de energía que debe conseguir el acondicionamiento, habrá que tener en cuenta las Kcal/hora que los distintos equipos pueden desprender al ambiente. Las especificaciones técnicas de tales equipos incluyen su potencia, de modo que un sencillo cálculo permite obtener el aporte de calor al ambiente. En el caso de los mecheros, los cálculos pueden basarse en los siguientes datos: un tipo Bunsen de pequeño tamaño (11 mm de diámetro), quemando gas de red, puede aportar del orden de 250 Kcal/h de calor sensible, triplicándose este aporte cuando el quemador del mechero es de gran tamaño (38 mm de diámetro). Habitualmente, el aporte de calor latente es mínimo, pero no ocurre así en procesos evaporativos (baños de agua por ejemplo), en donde el aporte fundamental de calor al ambiente vendrá dado por el calor latente. Una vez obtenidos los datos de aporte de calor de los equipos disponibles, en el caso en que varios de ellos se encuentren en la misma zona, debe estimarse el índice de simultaneidad en la utilización de los mismos, con el fin de obtener un valor medio para el aporte del calor y unos límites de desviación.

Volúmenes de aire

Con respecto al volumen de aire a aportar, ya se ha comentado anteriormente la necesidad de reponer el evacuado por los sistemas de extracción localizada, aunque también, teóricamente, habría que considerar la posible existencia de extractores situados en muros o ventanas. Ahora bien, ha de comentarse que la instalación de extractores libres no tiene sentido en un laboratorio con acondicionamiento de aire, puesto que como sistemas de retirada de contaminación son ineficaces, la renovación ambiental debe ser conseguida por el propio sistema acondicionador y su funcionamiento descompensa el acondicionamiento general del laboratorio.

Por lo que respecta a las vitrinas de extracción de gases y cabinas de seguridad biológica, deben asumirse las pérdidas que provocan, pudiendo ser considerables, sobre todo si retiran el 100% del aire directamente del laboratorio, hecho que ocurre con las vitrinas de gases y las de seguridad biológica clases I y III. Para conseguir un buen funcionamiento del sistema de acondicionamiento de aire, si éste ya ha sido previamente instalado, debe recurrirse a la utilización de vitrinas de gases compensadas, que toman del exterior una parte importante del aire evacuado. Por otro lado conviene tener en cuenta que algunas cabinas expulsan al exterior solamente un cierto porcentaje del aire circulado. Así por ejemplo, las cabinas de seguridad biológica clase II reciclan entre un 70% (tipo A) y un 30% (tipo B) del aire.

Respecto al número de renovaciones hora a conseguir en el laboratorio, algunos autores recomiendan aportes de aire del orden de 25 a 35 m³/hora por persona, o hasta 20 e incluso 30 renovaciones por hora en laboratorios de tipo medio. En la práctica, sin embargo, cualquier dato está condicionado por aspectos contemplados en puntos anteriores y por las características propias del laboratorio (instrumental y actividad), además de la presencia de los posibles contaminantes que puedan afectar al laboratorio.

Impulsiones y retornos de aire

Otro punto a contemplar es la situación de las entradas de aire y los retornos. Deberá tenerse en cuenta que en las inmediaciones de las vitrinas de gases y cabinas de seguridad biológica no deben producirse circulaciones de aire que puedan afectar su eficacia. Por otra parte, si el aire es impulsado al laboratorio por entradas cercanas a vitrinas extractoras, además de las perturbaciones consiguientes, el volumen recién introducido será en buena parte retirado por las mencionadas vitrinas, sin que consiga el deseado «barrido» por el laboratorio o la zona correspondiente. Debe evitarse por otra parte, que los dardos de aire impulsado afecten directamente a mesas de trabajo, balanzas y otros instrumentos, pues, además de provocar situaciones de disconfort a los trabajadores, podría favorecerse la emisión de contaminantes, amén de dificultar el trabajo con ciertos instrumentos.

Conductos

En lo que respecta a la instalación de conductos, debe tenerse siempre presente que el laboratorio, o ciertas zonas de éste, pueden presentar riesgos de incendio o explosión, lo cual exigirá desviar o incluso eliminar conducciones en tales áreas.

Evacuación al exterior

En cuanto a la salida al exterior del aire retirado del laboratorio, han de considerarse dos aspectos. El primero de ellos se refiere al conveniente tratamiento del aire a través de un recuperador de energía antes de evacuarlo definitivamente. El recuperador es simplemente una unidad externa encargada del intercambio energético entre el aire que, procedente del laboratorio, va a ser evacuado, y el aire recién tomado del exterior, que comenzará su tratamiento energético en esa unidad. El segundo aspecto se refiere a la instalación de las expulsiones de aire en el exterior del edificio. La salidas deben situarse de modo que no sea posible el reingreso del aire expulsado en el edificio, bien a través de ventanas, bien a través de la unidad de captación exterior del propio sistema de aire acondicionado. Se requiere por tanto un estudio de las características del edificio y la situación de éste con respecto a los vientos dominantes.

Toma de aire externa

Por otra parte, el aire tomado del exterior para ser tratado y posteriormente impulsado al laboratorio, debe ser filtrado previamente. Cuando se requieran especificaciones concretas en el aire aportado, se dispondrá de los filtros y tratamientos especiales al efecto.

Acondicionamiento mediante unidades independientes

Como ya se ha indicado, ciertas zonas del laboratorio pueden exigir unidades independientes para complementar las prestaciones del sistema acondicionador general. Además de tales casos, también hay que considerar a todos aquellos laboratorios que no disponen de un sistema integral de acondicionamiento y que podrían recurrir a la instalación de unidades individuales o independientes (consolas de agua y, sobre todo, aparatos estándar, tipo ventana o de dos unidades). Lógicamente, en estos casos, únicamente se conseguiría actuar sobre la temperatura ambiente.

Si se plantea una solución de este tipo, ha de prestarse especial atención a los posibles riesgos de incendio y explosión en determinadas áreas (a causa de los elementos eléctricos de las unidades a instalar). Con respecto a la ubicación de las unidades independientes, se tendrán en cuenta dos cuestiones: la colocación de las unidades -alejadas de vitrinas de gases y cabinas de seguridad biológica- y, en segundo término, que el dardo de aire impulsado no incida directamente sobre superficies de trabajo.

Por otra parte, debe recabarse del suministrador de las unidades la información relativa al ruido emitido en sus diferentes grados de funcionamiento. La experiencia demuestra que en una zona amplia que mantenga cierta actividad durante la jornada laboral, los niveles de presión acústica producidos por los aparatos acondicionadores pueden quedar desapercibidos aunque se cifren en 65-70 dB(A). Sin embargo, si las áreas de trabajo son reducidas u ocupadas por un corto número de personas, los mencionados niveles pueden resultar molestos a lo largo del tiempo.